硫化物量子點(diǎn)的水相合成與發(fā)光性能研究.pdf

1、近二十年來(lái)，發(fā)光半導(dǎo)體納米晶，特別是Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體納米晶（又稱量子點(diǎn)，Quantum Dots），以其優(yōu)越的光學(xué)性能，在光電轉(zhuǎn)換、熒光顯示、傳感器、生物熒光標(biāo)記等領(lǐng)域顯示了極大的應(yīng)用前景。本論文采用巰基水相合成法在空氣氣氛中分別制備CdS和Mn2+：ZnS量子點(diǎn)，探討了它們的發(fā)光性能： （1）采用巰基水相法，利用巰基乙酸作為穩(wěn)定劑，制備了CdS量子點(diǎn)，對(duì)制備工藝條件對(duì)CdS量子點(diǎn)的帶邊發(fā)光性能的影響進(jìn)行了詳盡討論，結(jié)果表明：Cd

2、前驅(qū)體濃度較大和TGA/Cd比例較低時(shí)，反應(yīng)溶液中自由Cd2+離子越多，對(duì)量子點(diǎn)的表面重構(gòu)越有利，量子點(diǎn)的表面結(jié)構(gòu)越完善，其帶邊發(fā)光也就越強(qiáng)。本文實(shí)驗(yàn)中，在Cd前驅(qū)體濃度為75mM，TGA/Cd比例為1.2時(shí)，得到的CdS量子點(diǎn)具有最高的帶邊發(fā)光。 （2）采用巰基水相法，利用巰基乙酸作為穩(wěn)定劑，制備了CdS量子點(diǎn)，對(duì)制備工藝條件對(duì)CdS量子點(diǎn)的表面態(tài)發(fā)光性能的影響進(jìn)行了詳盡討論，結(jié)果表明：Cd/S比例越大，S空位越多，由S空位產(chǎn)

3、生的表面態(tài)發(fā)光強(qiáng)度也就越大。而當(dāng)Cd/S比例超過(guò)一定值時(shí)，會(huì)使得CdS量子點(diǎn)的結(jié)晶性下降，使得量子點(diǎn)表面的非輻射復(fù)合中心增多，發(fā)光強(qiáng)度降低。TGA/Cd比例較高時(shí)，反應(yīng)溶液中自由Cd2+就較少，量子點(diǎn)表面缺陷也就越多，表面態(tài)發(fā)光液就越強(qiáng)，而當(dāng)TGA/Cd比例過(guò)高，又將引起晶粒的粗化，使得量子點(diǎn)表面的非輻射復(fù)合中心增多，這會(huì)造成表面態(tài)發(fā)光強(qiáng)度會(huì)下降。本文實(shí)驗(yàn)中，在Cd/S比例為2，TGA/Cd比例為1.8時(shí)，得到的CdS量子點(diǎn)具有最高的表

4、面態(tài)發(fā)光強(qiáng)度。 （3）水相共沉淀法制備Mn2+：ZnS量子點(diǎn)，由于ZnS與MnS的溶度積相差巨大，在水溶液中利用S2-均勻地共沉淀Zn2+和Mn2+非常困難。我們利用巰基乙酸為配體，先分別和Zn2+及Mn2+形成Zn-（TGA）x和Mn-（TGA）x配合物，有效的縮小了兩者溶度積之間的差距，從而使Mn2+均勻的摻雜進(jìn)ZnS晶格，成功地制備了較高發(fā)光效率的Mn2+：ZnS量子點(diǎn)，并討論了工藝參數(shù)對(duì)其發(fā)光性能的影響，結(jié)果表明：Mn2

5、+的4T1→6A1發(fā)光強(qiáng)度隨著Mn2+摻雜濃度的增大逐漸增強(qiáng)，當(dāng)Mn2+摻雜量超過(guò)1.5％時(shí)，Mn2+過(guò)多，Mn2+彼此之間的距離接近，形成Mn-Mn離子對(duì)，在Mn2+離子對(duì)之間發(fā)生能量漂移，從而使Mn2+的4T1→6A1發(fā)光強(qiáng)度會(huì)逐漸降低。TGA/（Zn+Mn）比例越大，高級(jí)配合物的量也越大，釋放陽(yáng)離子的速度也越緩慢，更有利于均勻的共沉淀Zn2+和Mn2+，Mn2+在ZnS晶格中的分布也就更均勻，而TGA/（Zn+Mn）比例較低時(shí)溶液

6、中主要以低級(jí)配合物存在，這就有利于對(duì)量子點(diǎn)表面能進(jìn)行更好的重構(gòu)，量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)更加完善，Mn2+在ZnS晶格中的周圍環(huán)境也就越均一，因此隨著TGA/（Zn+Mn）比例的增加，Mn2+：ZnS量子點(diǎn)的4T1→6A1發(fā)光先增強(qiáng)后減弱。本文實(shí)驗(yàn)中，在Mn2+摻雜濃度為1.5％，TGA/（Zn+Mn）比例為1.8時(shí)，得到的Mn2+：ZnS量子點(diǎn)的4T1→6A1發(fā)光效率最高。 （4）在水相體系中首次采用成核摻雜技術(shù)成功地制備出發(fā)光效率較高且光

7、穩(wěn)定性較好的Mn2+：ZnS量子點(diǎn)，探討了制備工藝條件對(duì)其發(fā)光性能的影響，結(jié)果表明：MnS內(nèi)核粒徑越小，Mn2+越接近最后量子點(diǎn)的中心，離表面缺陷越遠(yuǎn)；Mn2+所處的摻雜環(huán)境就越均一，這就減小了Mn2+-Mn2+離子對(duì)的形成；在MnS內(nèi)核和ZnS殼層之間形成的擴(kuò)散界面越有利于Mn2+的擴(kuò)散，因此得到的Mn2+：ZnS量子點(diǎn)發(fā)光效率也就越高。Mn2+：ZnS量子點(diǎn)表面包覆一層ZnS外殼，抑制電子和空穴在表面缺陷處的復(fù)合過(guò)程，從而達(dá)到增強(qiáng)熒