胶质PbSe量子点温度依赖的发光特性及其应用

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胶质量子点是近几年科研中的热点材料,相比传统的发光材料它具有更优秀的光学特性,如可调谐的吸收发射光谱,较高的量子产率,较好的光稳定性等,利用其制作的光学器件有着其他材料无法比拟的优势,这种内在的理论及应用价值,使其具有广阔的应用前景。本文我们采用胶体合成法合成了由小到大不同尺寸的胶质PbSe量子点,其荧光量子产额大于百分之八十,由于量子点的光学特性取决于激子的能量结构,我们测量了不同尺寸的PbSe量子点的吸收(Abs)光谱以及光致发光(PL)光谱,证实了其禁带宽度是尺寸依赖的。根据PbSe量子点激子能量的构成,我们从理论上建立了尺寸依赖的PbSe量子点激子能量的计算模型。认为球壳和外界溶剂限制了电子空穴等载流子的自由运动,利用量子点球形有限深势阱模型,分析其禁带宽度的构成,并计算了量子受限能和库伦作用能对禁带的贡献值,得到的理论值和实验室比较符合。实验测量了不同尺寸PbSe量子点随温度(30-120℃)的变化的PL谱,证明PbSe量子点禁带是尺寸温度依赖的。研究表面小尺寸的PbSe量子点(如3.6nm)其禁带随温度升高而变窄,光谱红移,而大尺寸的量子点(6.0nm)禁带随温度升高变宽,光谱蓝移,这中间存在一个临界尺寸(5.1nm),其禁带温度不随温度改变。我们分析了激子能量组成各项因素对禁带的影响,包括:对禁带带做正贡献即促使禁带变宽的热膨胀作用以及激子声子耦合作用,对禁带做负贡献的量子受限能、及库伦作用能以及极化能。这些贡献项的共同作用使得PbSe量子点的温度系统出现的反转点。利用晶格弛豫理论对PbSe量子点PL谱强度以及全波半峰宽(FWHM)随温度的变化关系进行解释,得到两者随温度的变化公式,利用实验数据进行拟合,得到公式的各项参数。并研究了胶质量子点溶液PL谱随温度变化的可逆性和重复性,证明了PbSe量子点有较高的稳定性。将PbSe量子点用于制作GaN LED芯片表面温度实时检测系统,利用红外热像仪对LED表面温度定标,得到LED在不同电压和不同时间下的表面温度,测得不同温度下的光致发光谱,由于所用量子点十分微小且发光在红外区域,测温时并不影响LED发光,实验结果可得在30-120℃温度范围内,PbSe量子点的温度灵敏度为0.15nm/℃,测温精度为±3℃,且此温度测量系统有较高的可重复性。
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