ZnS-CuInS2量子点的合成及其性质研究

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荧光无机半导体纳米晶是介于分子和体相材料的过渡态无机纳米材料,尺寸的差别是这三种材料的基本区别。在过去的几十年里,荧光半导体纳米晶吸引了众多科学家的研究兴趣,主要是因为其优异的光电特性。荧光半导体纳米晶优异的光电特性主要表现在以下三个方面:(1)发光产率高,荧光稳定性突出,适合对所标记对象进行长时间、高灵敏的追踪检测;(2)荧光波长可以通过粒径和组成进行调节,可以得到不同波长的荧光半导体纳米晶以适应不同的需要;(3)巨大的比表面积有利于偶联一种或者多种配体或者生物分子,制备出多功能的探针。正是由于其优良的光电特性,荧光半导体纳米晶在生物成像、太阳能电池、LEDs、量子点激光器、电化学发光等领域有了广泛的研究。然而,传统的二元荧光纳米晶大多含有有毒的重金属元素,如Cd、Pb等,三元CuInS2荧光纳米晶是由绿色前体合成的环保纳米材料,因此更能适用于现实世界的需要。  本论文采用更稳定的硬脂酸铟前体合成低毒、高质量、单分散性好的近红外CuInS2量子点,探讨了在ZnS包壳过程中的蓝移机理以及其在LEDs中的应用。主要包括以下研究内容:  1.采用更稳定的硬脂酸铟在氮气保护下一锅法合成出了绿色、高质量、单分散性好的近红外CuInS2量子点,其核荧光光谱覆盖550 nm-1000 nm的可见以及近红外区域,并采用宽带隙的 ZnS对核进行了包壳钝化,包壳之后其量子产率高达60%,最后对这种新型三元CuInS2量子点的发光机制做了探讨。使用荧光分光光度计、高分辨投射电子显微镜、X-射线能量散射谱、X-射线衍射仪等对合成的材料进行了表征。  2.研究了在不同时间、粒径、锌源、温度四种情况下包ZnS壳的蓝移现象,并且采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对蓝移的机理进行了探讨和证明。光谱结果表明反应时间越长、粒径越大、锌活性越低、温度越高蓝移范围越大,蓝移的范围达134 nm;ICP-MS元素分析结果表明蓝移的原因是Zn2+替代了CuInS2半导体纳米晶表面的Cu1+和In3+离子,改变了整体纳米晶的结构。这些实验结果为如何避免Zn2+置换Cu1+和In3+,有效提高ZnS的钝化作用提供了理论基础。  3.采用表面离子层连续吸附法分别合成了包壳10 min、30 min的核壳型量子点并对核以及这两种不同厚度的核壳型量子点的化学稳定性、光学稳定性、热稳定性进行了研究。结果发现单一核的稳定性很差,壳越厚稳定性越好。在实际应用上,我们将得到的黄色光的量子点离心分离制成量子点 PES膜,然后铺展到工业化发蓝光的LEDs上面,激发量子点PES膜得到了一个发暖白光的LEDs发射器,证明了该材料可以应用到照明领域中。
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