半導(dǎo)體納米晶的制備及其仿生組裝.pdf

1、量子點(diǎn)(Q：Ds)，也稱(chēng)為半導(dǎo)體納米晶，由于其獨(dú)特的光學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)，近年來(lái)吸引了人們極大的興趣。與有機(jī)染料相比，量子點(diǎn)具有發(fā)射峰窄而且可調(diào)、光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、發(fā)光效率高的特點(diǎn)。不同尺寸的納米晶的吸收光譜都可以從閾值一直延續(xù)到遠(yuǎn)紫外，用單個(gè)激光器可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)標(biāo)記物。傳統(tǒng)的金屬有機(jī)化學(xué)法合成的半導(dǎo)體納米晶不能直接用于生物標(biāo)記，而水相合成法具有成本低、無(wú)毒、生物兼容性好的優(yōu)點(diǎn)，但是早期在水相中合成的量子點(diǎn)的熒光產(chǎn)率都很低。通過(guò)在核表面生長(zhǎng)

2、晶格匹配、寬帶隙材料形成核殼結(jié)構(gòu)，可以大大提高半導(dǎo)體納米晶的量子產(chǎn)率。將納米粒子由材料轉(zhuǎn)化為器件的過(guò)程中，必須將納米粒子以某種方式固定或與其它基體復(fù)合起來(lái)，組裝成預(yù)定二維結(jié)構(gòu)的納米有序薄膜。本論文圍繞水溶性核殼結(jié)構(gòu)的CdSe/CdS和CdTe/CdS半導(dǎo)體納米晶的制備，以及CdTe納米晶的仿生組裝做了一系列有特色的研究，得到了一些創(chuàng)新性結(jié)果。本論文的研究?jī)?nèi)容和得到的主要結(jié)論如下： (1)用巰基丙酸為穩(wěn)定劑，在水相中合成了具有核殼

3、結(jié)構(gòu)的CdSe/CdS半導(dǎo)體納米晶，采用TEM、紫外.可見(jiàn)分光光度計(jì)和熒光光度計(jì)對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行了表征，并研究了制備條件對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的影響。所得到的CdSe/CdS半導(dǎo)體納米晶粒徑約8nm，在水中具有良好的分散性；紫外光譜中390nm處有明顯的吸收峰，具有激子吸收特征；熒光光譜呈寬帶峰。當(dāng)反應(yīng)物配比Cd：Se：MPA為1：1：2.4，Cd前軀體溶液濃度為1.25×10<'-3>mol/L，pH值為8時(shí)所制得的CdSe/CdS半導(dǎo)體納米晶的熒

4、光強(qiáng)度最強(qiáng)。在回流時(shí)間為0-6 h范圍內(nèi)，CdSe/CdS半導(dǎo)體納米晶的熒光強(qiáng)度隨回流時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸增強(qiáng)，但是發(fā)射峰的位置沒(méi)有明顯變化。 (2)用巰基丙酸為穩(wěn)定劑，通過(guò)改變回流時(shí)間，在水相中合成了一系列具有核殼結(jié)構(gòu)的CdTe/CdS半導(dǎo)體納米晶，采用TEM、紫外.可見(jiàn)分光光度計(jì)和熒光光度計(jì)對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行了表征，并計(jì)算了其量子產(chǎn)率。所得到的CdTe/CdS納米晶粒徑分布均勻，在水溶液中具有良好的分散性；紫外可見(jiàn)吸收光譜呈現(xiàn)明顯的激子

5、吸收特征；熒光光譜中發(fā)射峰窄而尖銳，半峰寬約40nm；隨著回流時(shí)間的增長(zhǎng)，所得到納米晶溶液的熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，發(fā)射峰紅移，說(shuō)明納米晶的尺寸在逐漸增大。以羅明丹6G為標(biāo)準(zhǔn)物，計(jì)算得到的CdTe/CdS納米晶的熒光產(chǎn)率最大可達(dá)50﹪，比傳統(tǒng)的水相合成法得到的納米晶的量子產(chǎn)率(3﹪-10﹪)高很多，表面所制備的CdTe/CdS半導(dǎo)體納米晶具有良好的光致發(fā)光性。 (3)利用具有高熒光性的表面帶負(fù)電荷的水溶性CdTe半導(dǎo)體納米晶溶液和表面帶正

6、電荷的PDDA溶液為原液，采用靜電自組裝方法進(jìn)行仿生組裝，成功制備了CdTe/PDDA多層膜，采用紫外．可見(jiàn)分光光度計(jì)、熒光光度計(jì)、AFM和XPS對(duì)其性質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并研究了薄膜層數(shù)、CdTe半導(dǎo)體納米晶粒徑大小對(duì)其性質(zhì)的影響。所得到的CdTe/PDDA多層膜具有良好的光致發(fā)光性；隨著組裝層數(shù)的增加，薄膜的吸光度呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，但是薄膜的熒光強(qiáng)度和組裝層數(shù)并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，而是存在一個(gè)峰值；薄膜發(fā)射峰的位置隨著CdTe納米晶粒子的

7、增大而紅移，熒光強(qiáng)度亦隨之增強(qiáng)，這一規(guī)律和CdTe納米晶在水溶液中的變化規(guī)律一致。AFM圖譜中，CdTe納米晶粒子密集地鑲嵌在薄膜中，XPS圖譜中Cd3d和Te3d峰的存在，進(jìn)一步證明了所得薄膜中CdTe納米晶的存在。本章的研究工作為CdTe納米晶在光電器件中的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 (4)通過(guò)Langmuir單分子膜技術(shù)，對(duì)新型的Gemini雙子表面活性劑在純水以及與亞相CdTe半導(dǎo)體納米晶在界面上的仿生組裝進(jìn)行了研究，并用TE