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本论文主要包括以下几个方面:制备硒化镉量子点和刺猬状结构的碲化镉半导体量子点,并研究它们的光学性质。由于主客体效应,以介孔二氧化硅作为反应容器组装单分散的半导体量子点受到广泛关注,因此本文在成功的制备有序孔道的介孔二氧化硅和介孔二氧化硅薄膜基础上,以介孔二氧化硅为模板,在其有序孔道内组装了几种不同的半导体量子点。
1.II-VI族半导体量子结构的溶液化学制备与光学性质
1)在无水无氧条件下制备CdSe量子点,研究CdSe量子点的吸收谱和在不同介质中的荧光光谱。将CdSe量子点用甲苯溶液进行稀释,当浓度为10-18mol/L时,在硅片上得到CdSe单量子点,并通过原子力显微镜(AFM)测试得到验证。
2)在介孔二氧化硅和氨基丙基三甲氧基硅烷的诱导下,制备得到具有刺猬状的CdTe半导体量子点。CdTe量子点有一个核和数个臂,臂的宽度为3 nm,长度则可随反应时间的增加而增加。
2.有序介孔二氧化硅及薄膜的制备与表征
1)溶胶-凝胶法(sol-gel)制备具有有序结构的介孔二氧化硅粉末。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构作了表征。有序孔道孔径为5~6 nm。
2)在硅片上制备得到介孔二氧化硅薄膜。使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对薄膜结构作了表征。该二氧化硅薄膜具有较好的有序性,薄膜的厚度为700~800 nm,有序孔道的孔径约为5 nm。同时研究了工艺条件对薄膜结构的影响。
3.介孔组装半导体量子点
1)在介孔二氧化硅有序孔道中成功组装CdS纳米粒子。透射电子显微镜(TEM)和能量散射谱(EDS)证明CdS半导体纳米粒子进入了有序孔道。孔道内CdS粒子的粒径为2~3 nm。组装CdS粒子的介孔复合产物的吸收边与其体材料相比出现蓝移。
2)首次使用热解法在介孔二氧化硅的有序孔道中组装CdSe量子点。通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、能量散射谱(EDS)、紫外可见光吸收谱(Uv-vis)、荧光光谱等对其结构和光学性质进行了表征。研究表明,CdSe半导体量子点已经成功的组装到介孔二氧化硅的孔道内,吸收谱与其体材料相比有很大的蓝移,产生明显的量子尺寸效应。
3)在无水无氧环境下,ZnSe量子点成功组装入介孔二氧化硅有序孔道内。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及能量散射谱(EDS)分析了介孔组装复合体系的微观结构。采用吸收谱(Uv-vis)和荧光光谱研究介孔复合产物的光学性质。结果表明ZnSe量子点被组装在介孔二氧化硅的孔道内,与ZnSe体材料本征吸收谱相比,表现出显著的蓝移,归结于量子尺寸效应。