论文部分内容阅读
近年来，量子点由于其特殊的光学性能在生物医学领域得到了广泛的应用，与传统的有机荧光染料相比，量子点具有荧光发射光谱窄且对称、激发光谱宽、发射波长随颗粒的尺寸变化而变化和荧光稳定性好等优点。对应用于生物医学领域的量子点，除了要求其具备较好的发光性能外，还要求其具有水溶性和生物相容性。为了实现量子点在实际中的应用价值，需要不断开发和探索简单、廉价的合成方法来直接合成水溶性的量子点，这也是目前有关量子点研究的一个重要方向。
CdS是一种典型的半导体材料，其禁带宽度为2.42eV。目前，有关CdS量子点的研究已经很多，但要实现其尺寸可控合成依然是一个难点。本文在传统水相法合成量子点的基础上做了一些改进，在水溶液体系中直接合成了水溶性的CdS量子点和CdS/ZnS量子点。本文主要的研究内容和相关研究结论如下：
1．本文首先在水相体系中以巯基乙酸为稳定剂，以醋酸镉和硫化钠为反应原料，在N2保护作用下经过低温成核阶段和高温生长阶段制备出了水溶性的CdS量子点，并对其进行了结构和性能方面的表征。
XRD的结果表明所制得的CdS量子点具有立方晶系的闪锌矿晶体结构，通过Scherrer公式估算出其粒径为2.54nm。TEM的结果表明其尺寸分布较均匀，颗粒大小为3nm左右，与XRD估算结果相近。紫外吸收光谱分析结果表明在低温下容易生成小的晶核，晶体生长十分缓慢，这也证明了本实验中利用低温成核、高温生长的原理来制备尺寸分布均匀的量子点的实验方案是可行的。荧光光谱分析的结果表明，所制备的量子点发光强度较好，在紫外灯下发射出黄绿色荧光，根据不同的反应条件对制备的量子点的发光强度和发射波长的影响可以知道，通过选择不同的实验条件能够制备出发射不同颜色和不同强度荧光的量子点。红外光谱分析结果表明巯基乙酸通过巯基键连接到了量子点的表面，使其具有了水溶性。XPS数据表明所制备的产物为CdS，并且其表面上Cd原子的含量比S原子的要多。Zeta电位的数据表明，所制备的CdS量子点表面带有负电荷，在水溶液中稳定保存的最佳pH值为10。
2．通过水溶性CdS量子点与Na2S的反应，探讨了S2-的引入对CdS量子点结构的影响。XRD的结果表明，水溶性CdS量子点与S2-反应后晶体结构更加完善，晶体尺寸变大。IR的结果表明，S2-能够完全取代量子点表面连有的巯基基团，使其失去水溶性。
3．以制备出的CdS量子点为核，通过向其胶体溶液中交替加入锌源和硫源在水相体系中合成出了水溶性CdS/ZnS量子点，对其进行了结构和性能表征，并探讨了合成CdS/ZnS量子点的最佳工艺条件。
XRD结果表明，所制备的产物为CdS/ZnS量子点，ZnS并没有单独成核，所制得CdS/ZnS量子点为立方晶系的闪锌矿结构；TEM的结果表明其尺寸比作为核的CdS量子点要大。紫外吸收光谱的数据表明在制备CdS/ZnS量子点的过程中，其核的尺寸相对单独的CdS量子点的尺寸有所变大，但不同实验方法制备的CdS/ZnS量子点的核尺寸变化不大。荧光光谱的结果表明，所制备的CdS/ZnS量子点的荧光强度比单独的CdS量子点的荧光强度要大，通过制备核壳型结构的CdS/ZnS量子点对提高量子点的发光性能有很大帮助。通过正交实验设计得出合成高发光强度CdS/ZnS量子点的最佳工艺条件为反应时间为2h，反应温度为80℃，体系pH值为8，2n2+与Cd2+的浓度比为2:1。