氧化锌银（金）复合纳米粒子的制备及性质研究

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1、学校代码：!Q2鲤分类号：笾⑨东牡峄荭大雪硕士学位论文Y888299研究生学号：121Q2业Q堑密级：玉氧化锌／银(金)复合纳米粒子的制备及性质研究SynthesisandCharacterizationofZnO／Ag(Au)compositenanoparticles指导教师：学科专业：研究方向：学位类型：作者：徐丽红刘益春教授生物物理学生物信号的物理参量分析学历硕士东北师范大学学位评定委员会2006年5月第一章引言1．1半导体纳米晶的基本性质纳米微粒是指尺寸在纳米级，通常为1．1∞nm的金属或半导体材料的细小微粒。它

2、们是介于体相材料与分子之间的物质状态，通俗一点说是介于宏观和微观的一种状态，展现出许多特殊的光、电、磁、催化等化学和物理性质，具有广泛的应用前景。由于量子尺寸效应的存在，纳米微粒展示出特有的光学和电学性质的尺寸依赖性llJ。此外，纳米微粒的另一个显著特征是具有大的比表面积，所以这种材料的表面结构严重影响着其材料的性质。通过化学方法对半导体微粒表面进行适当的修饰，能明显地改变其化学、光学及光催化等性质12J。半导体纳米微粒是由数目极少的原子或分子组成的纳米尺度范围内的具有半导体性质的微粒，也称其为量子点。目前文献中报道的主要

3、涉及的是II～Ⅵ如cdse、znO，IⅡ～V如InP、IIAs和GaAs化合物以及si等元素，特别是II～Ⅵ和Ⅲ～V族化合物尤其引起人们的关注。当这些半导体纳米微粒的直径小于其激子玻尔直径(一般小于10nm)时，这些小的半导体纳米微粒就会表现出特殊的物理和化学性质【3】。半导体纳米微粒的特殊结构导致它具有量子尺寸效应、介电限域效应、表面效应、宏观量子隧道效应、库仑堵塞与量子隧穿等特性，并由此派生出半导体纳米微粒独特的发光特性。量子点的体积大小严格控制着它的光吸收和发射特征。晶体的粒子越小，吸收光能力越强，使其吸收带蓝移，荧

4、光发射峰也相应蓝移，粒子发射蓝光；反之则红移，发射绿、黄、橙、红等光。1．1．1量子尺寸效应半导体纳米晶体是尺寸小于100nm的超微粒。在纳米尺度范围内，半导体纳米晶体随着其粒径的减小，会呈现量子化效应，显示出与块体不同的光学和电学性质。块状半导体的能级为连续的能级。当颗粒减小时，半导体的载流子被限制在一个小尺寸的势阱中，在此条件下，导带和价带过渡为分立的能级(图1．1)，因而使得半导"xE幢最差盎氍脯桃‘}寸酵风皿p^·i々ond*krl

5、i带(br岫p商忙b_叫f土，h。¨走予1竹节f砷㈨∞∞喇1_●}———————-

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7、，电子陷阱对半导体的光致发光特性起着关键的作用。半导体超微粒表面上修饰某种介电常数较小的材料后，它们的光学性质与裸露的超微粒相比，发生了较大变化，此种效应称为介电限域效应。当介电限域效应所引起的能量变化大于由于尺寸量子效应所引起的变化时，超微粒的能级差将减小，反映到吸收光谱上就表现为明显的红移现象。半导体纳米晶体的表面一般连接有长链的烷基氧化膦(如TOPO)或烷基膦(如TOP)，介电常数小，使得吸收光谱向长波长移动。将半导体纳米晶体的表面包上一层能级差更大的壳层，由于介电限域效应也会使得吸收光谱红移。1．1．3表面效应15

8、】纳米微粒的另一个显著特征是具有大的比表面积。材料的比表面积与微粒的尺寸成反比，尺寸越小，比表面积越大。例如，5nm的CdS微粒有15％的原子处于表面，5nm的金纳米微粒有30％的原子处于表面，这时表面原子对于微粒性质的影响将不能忽视。由于表面原子数的迅速增加，原子配位不足及高的表面能，导致纳米微粒具有大量的表面缺陷。这些缺陷会在能量禁阻的带隙中引入许多表面态，它们可以作为捕获电子和空穴的陷阱，从而会降低其发光效率，严重地影响纳米微粒的化学和物理性质。因此纳米微粒的表面修饰成为其应用和性能优化的重要课题。一方面，由于大的比

9、表面积以及大量的表面缺陷，使纳米微粒具有更强的氧化还原能力，从而使其具有很强的催化活性。另一方面，通过化学方法对表面进行适当的修饰，能够改变其化学、光学及光催化性质。1．1．4发光特性16J由于尺寸量子效应和介电限域效应的影响，使得半导体纳米晶体显示出独特的荧光特性。半导体纳米晶体的发光特性具有以下特点