硫化物量子点的水相合成与发光性能研究

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1、硕士学位论文摘要摘要近二十年来，发光半导体纳米晶，特别是Ⅱ．Ⅵ族半导体纳米晶(又称量子点，QuantumDots)，以其优越的光学性能，在光电转换、荧光显示、传感器、生物荧光标记等领域显示了极大的应用前景。本论文采用巯基水相合成法在空气气氛中分别制备CdS和Mn2+：ZnS量子点，探讨了它们的发光性能：(1)采用巯基水相法，利用巯基乙酸作为稳定剂，制备了CdS量子点，对制备工艺条件对CdS量子点的带边发光性能的影响进行了详尽讨论，结果表明：Cd前驱体浓度较大和TGA／Cd比例较低时，反应溶液中自由Cd

2、2+离子越多，对量子点的表面重构越有利，量子点的表面结构越完善，其带边发光也就越强。本文实验中，在Cd前驱体浓度为75mM，TGA／Cd比例为1．2时，得到的CdS量子点具有最高的带边发光。(2)采用巯基水相法，利用巯基乙酸作为稳定剂，制备了CdS量子点，对制备工艺条件对CdS量子点的表面态发光性能的影响进行了详尽讨论，结果表明：Cd／S比例越大，S空位越多，由S空位产生的表面态发光强度也就越大。而当Cd／S比例超过一定值时，会使得CdS量子点的结晶性下降，使得量子点表面的非辐射复合中心增多，发光强度

3、降低。TGA／Cd比例较高时，反应溶液中自由Cd2+就较少，量子点表面缺陷也就越多，表面态发光液就越强，而当TG～℃d比例过高，又将引起晶粒的粗化，使得量子点表面的非辐射复合中心增多，这会造成表面态发光强度会下降。本文实验中，在Cd／S比例为2，TGA／Cd比例为1．8时，得到的CdS量子点具有最高的表面态发光强度。(3)水相共沉淀法制备Mn2+：ZnS量子点，由于ZnS与MnS的溶度积相差巨大，在水溶液中利用S2。均匀地共沉淀Zn2+和Mn2+爿[E常困难。我们利用巯基乙酸为配体，先分别和Zn2+及

4、mn2+形成Zn．(TGA)x和Mn-(TGA)x配合物，有效的缩小了两者溶度积之间的差距，从而使Mn2+均匀的掺杂进ZnS晶格，成功地制备了较高发光效率的Mn2+：ZnS量子点，并讨论了工艺参数对其发光性能的影响，结果表明：Mn2+的4Tl一6Al发光强度随着Mn2+掺杂浓度的增大逐渐增强，当Mn2+掺杂量超过1．5％时，Mn2+过多，Mn2+彼此之间的距离接近，形成Mn．Mn离子对，在№2+离子对之间发生能量漂移，从而使Mn2+的4Tl一6A1发光强度会逐渐降硕士学位论文摘要低。TGA／(Zn+M

5、n)I：1二例越大，高级配合物的量也越大，释放阳离子的速度也越缓慢，更有利于均匀的共沉淀Zn2+和Mn2+，Mn2+在ZnS晶格中的分布也就更均匀，而TGA／(Zn+Mn)LL例较低时溶液中主要以低级配合物存在，这就有利于对量子点表面能进行更好的重构，量子点结构更加完善，lVln2+在ZnS晶格中的周围环境也就越均一，因此随着TGA／(Zn+Mn)I：1",例的增加，Mn2+：ZnS量子点的4T1—6A1发光先增强后减弱。本文实验中，在Mn2+掺杂浓度为1．5％，TGA／(Zn+Mn)l：t例为1．8

6、时，得到的Mn2+：ZnS量子点的4Tl一6A1发光效率最高。(4)在水相体系中我们首次采用成核掺杂技术成功地制备出发光效率较高且光稳定性较好的Mn2+：ZnS量子点，探讨了制备工艺条件对其发光性能的影响，结果表明：MnS内核粒径越小，Mn2+越接近最后量子点的中心，离表面缺陷越远；Mn2+所处的掺杂环境就越均一，这就减小了Mn2+．Mn2+离子对的形成；在MnS内核和ZnS壳层之间形成的扩散界面越有利于Mn2+的扩散，因此得到的Mn2+：ZnS量子点发光效率也就越高。MnZ+：ZnS量子点表面包覆一

7、层ZnS外壳，抑制电子和空穴在表面缺陷处的复合过程，从而达到增强荧光的目的。成核掺杂技术制备的Mn2+：ZnS量子点比共沉淀法制备的Mn2+：ZnS量子点具有更好的光学稳定性，成核掺杂制备的Mn2+：ZnS量子点在空气中暴露42天后，其荧光下降不到5％，而传统共沉淀掺杂制备的Mn2+：ZnS量子点其荧光强度下降了近70％。关键词：硫化镉，锰掺杂硫化锌，量子点，发光性能Ⅱ硕士学位论文ABSTRACTThestudyofsemiconductornanocrystals．especiallyII．Ⅵsem

8、iconductornanocrystals(alsonamedquantumdots，QDs)，havereceivedwideattentioninthepasttwodecadesfortheiruniquephysicochemicalproperties，suchasfluorescentproperty，non-linearopticalpropertyandSOon．Nowadays，inmanyfields，researchesonthe