胶体硅量子点的制备及光学性能研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenanji
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胶体硅量子点(Si QDs),具有含量丰富、制备成本低廉、能够在溶液中制备、使用便捷、表面钝化简便等优点,已成为研究的热点。胶体Si QDs的尺寸趋近于Si的波尔半径(5 nm),且具有显著的量子限制效应,光致发光(PL)波段位于可见光范围,荧光量子产率高,因此,胶体Si QDs不仅被广泛应用于LED,太阳能电池等光电子器件方面,而且能够应用于生物荧光标记等领域。胶体Si QDs表面有机分子钝化,可有效提升其在有机溶液和水溶液中的分散性、增加PL强度及其在生物体应用的稳定性。制备表面有机分子钝化的胶体Si QDs的方法繁多,其中飞秒激光液相烧蚀法环保、安全、无副产物。然而,飞秒激光液相烧蚀法制得的胶体Si QDs的PL机制仍未有统一的结论,激光参数对胶体Si QDs的结构和光学特性的影响也未有深入的研究。本文使用飞秒激光液相烧蚀法制备胶体Si QDs,通过表征X射线衍射图谱、拉曼光谱、透射电子显微镜图像、傅立叶变换红外光谱、紫外可见光吸收光谱、PL光谱、PL激发光谱和时间分辨光谱,详细研究胶体Si QDs的结构和光学特性。主要结论如下:(1)采用飞秒激光液相烧蚀法烧蚀单晶硅粉和1-己烯制备胶体Si QDs。结果表明胶体Si QDs的平均尺寸为2.7 nm,在1-己烯溶液中具有良好的分散性。胶体Si QDs表面被有机分子钝化且钝化率为43%。胶体Si QDs的蓝色PL机制由两部分组成:(i)光激发下的激子在量子限制效应影响下经Γ(Γ25→Γ′2)或X点进行直接跃迁,(ii)直接跃迁后一些激子受俘获并转移至胶体Si QDs表面,在Si-C和Si-C-H2振动声子的影响下发生辐射结合。(2)采用飞秒激光液相烧蚀法烧蚀多孔硅粉和1-十八烯制备胶体Si QDs,并研究了激光能量对胶体Si QDs的结构和光学特性的影响。结果表明,随着激光能量从1.0m J/cm2增加至2.5 m J/cm2,胶体Si QDs的平均尺寸从0.96 nm增加至2.35 nm。胶体Si QDs表面被有机分子钝化且被部分氧化,且有机分子钝化率随着激光能量的增加而减少。位于紫光范围的PL来源于量子限制效应,位于蓝光范围的PL来源于3.3 e V能级下产生的激子在胶体Si QDs表面氧相关能态中的辐射结合。
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