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金属和半导体纳米晶在日益发展的功能化纳米材料和器件中扮演着重要的角色。这些纳米材料的合成是材料科学领域的重要课题。半导体纳米晶显示了不同于本体材料的量子尺寸效应,已经被广泛地应用于发光二极管、场效应晶体管、太阳能电池、生物标记和激光等领域。在这些半导体材料中,II-VI族半导体纳米晶,尤其是CdS和CdSe纳米晶已经被广泛研究,因为,通过简单地改变纳米晶的尺寸,在可见光的范围内就能调节纳米晶的发射。本论文工作集中在通过两相法合成CdSe,CdS,TiO2以及SnO2半导体纳米晶,其主要内容如下:
1.首先,通过两相法在低温下合成了CdS和CdSe纳米晶。这对于利用各种水溶性的硒前体通过两相法来合成油溶性的CdSe纳米晶是非常方便的,这些前体包括NaHSe,Na2SeSO3和硒脲。因此,两相法提供了一种非常简单、温和且可控的合成路线。
2.两相法结合高压釜的技术形成两相热法也被发展起来合成超小的CdSe和CdSe/CdSe核—壳结构纳米晶,后者的荧光量子产率达68—80%。在高压条件下合成的CdSe/CdSe核—壳结构纳米晶的荧光量子产率明显高于那些在常压条件下合成的样品。
3.通过两相法,合成了具有CdS/CdSe或者CdSe/CdS交替结构的纳米洋葱。研究其壳层对纳米晶的荧光量子产率和荧光寿命的影响。纳米晶的最外层壳对于多层结构的纳米洋葱的荧光量子产率和荧光寿命有重要影响。荧光量子产率和荧光寿命随着CdS和CdSe壳非常有规律地波动。当纳米晶的最外层是CdS时,纳米晶的荧光量子产率增加,反之,当纳米晶的最外层是CdSe时,荧光量子产率急剧减少。荧光量子产率和荧光寿命的改变趋势是一致的。
4.两相热法用来合成高质量的尺寸分布较窄的锐钛矿二氧化钛纳米晶。在室温下,纳米晶主要表现为带边发光。发射峰位随着纳米晶尺寸的增加可以从343nm到370nm之间调节。这些稳定易加工的纳米晶在太阳能方面有着潜在的应用。
5.在两相体系中,CdS纳米晶的成核与生长动力学被观测和研究。在两相的合成中,奥氏熟化对于聚焦纳米晶的尺寸分布起着重要作用。仅仅少量的临界晶核(~1-6%)能生长成大的纳米晶,大部分的临界晶核由于奥氏熟化被大的纳米晶溶解并消耗掉。尽管纳米晶的成核期几乎贯穿纳米晶的生长期,但是纳米晶仍旧有非常窄的尺寸分布(SD~5.5%)。单体浓度、有机包覆剂的浓度以及非配体溶剂的极性大小强烈影响着CdS纳米晶的成核生长动力学。