非Cd体系量子点的合成及应用

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过去几年里,半导体纳米晶由于其独特的光致发光性能和电致发光性能,不管是在基础研究还是在工业应用方面都发挥着重要作用,如LED的制备、激光材料和生物医学标记等。因此,人们在合成各种半导体纳米晶方面做了大量的努力。然而,合成的这些纳米晶大多含有重金属元素,如镉,铅,汞等。与现有的共轭聚合物和无机荧光粉相比,量子点具有高的量子效率,高饱和度的色彩以及固态时单色性的可调性,因此量子点被认为是制造下一代显示器和固体照明最有希望的材料之一。然而,随着人们对有害物质的关注,这些物质对健康和环境的影响也受到人们的格外关注。最近也有很多的报道显示,应用在生物领域方面的量子点需要具有强荧光、低毒或无毒(不含重金属,如镉、铅、汞等)等特征,而且需要在近红外发光区域有较好的荧光和耐光性。随着合成方法的不断演进,量子点的量子产率已有很大的提高,从而也使QD-LED的发光效率也有了迅速的提高。现在的红光QD-LED的发光效率能达到50,000cd/m2,外量子效率能达到18%;绿光QD-LED的发光效率更是高于200,000cd/m2,对应的外量子效率也有5.8%,这些参数都已经达到了当前的OLED的技术水平。但是对于蓝色和深蓝色QD-LED而言,其最高外量子效率却只有1.7%,最高发光效率只有2,250cd/m2。近年来QD-LED制备取得了很大的进步,但是在部分参数上,如QD-LED在部分光区的发光效率上和如今市场上使用的OLED相比,仍然有待提高。同时,在过去的几十年中,人们专注合成的各种半导体材料中多数含有重金属,如用镉,铅,汞等。随着人们更多的关注这些元素对我们的健康和环境的影响,以及近年来,欧盟制定了严格的条例,严格限制这些有毒物质在家用电子产品中的使用,使这些含有重/稀有金属的纳米晶都将处于不利的位置,甚至在将来的生物成像,发光器件,太阳能电池等领域的应用也受到了影响。因此,如何合成高质量的纳米晶以及开发满足这些要求的材料成了当务之急。基于以上内容,我们做了如下的工作:(1)由于CuInZnxS2+x和ZnS有更好的晶格匹配,形成的核壳结构能有效的减少结构缺陷,所以我们选择以CuInZnxS2+x为核,以ZnS为壳合成CuInZnxS2+x/ZnS核壳结构。合成的CuInZnxS2+x量子产率为30%,可调荧光范围在580nm-780nm。包覆上ZnS壳层结构后,制得的核壳结构量子点荧光产率能达到60%,通过控制ZnS壳层的生长厚度,使制得的CuInZnxS2+x/ZnS核壳结构量子点即使在近红外区域的量子产率也能达到45%。通过两性聚合物的表面修饰,可使CuInZnxS2+x/ZnS核壳结构量子点成功的从油相中转移到水相中,并成功应用到对CRP蛋白质检测的LIFA体系中。(2)分别以Al(acac)3和DDT为铝源和硫源,使用无膦法合成了荧光范围在400nm-520nm的Al2S3纳米荧光材料。此材料的荧光峰最窄处的半峰宽是42nm,其荧光量子产率可达48%,并能在表面配体失去后仍能达到较好的量子产率。
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