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《浙江大学》 2003年
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CdS/有机物纳米复合材料的制备及其发光性能的研究

姚建曦  
【摘要】: 在众多半导体纳米材料中,CdS纳米粒子以其优良的性能引起了许多科学家的极大关注。CdS是典型的Ⅱ-Ⅵ族直接带隙半导体化合物,室温下其禁带宽度为2.42eV。当CdS粒子的粒径小于其激子的玻尔半径(6nm)时,它能够呈现出明显的量子尺寸效应。人们通过利用各种方法对CdS纳米粒子的形貌、粒径大小和粒径分布进行控制,可以得到具有不同光学电性质的材料。它在许多领域上都有着广泛的应用。本论文综述了近年来CdS纳米粒子/有机物复合材料、CdS纳米线的制备方法及它们的应用状况。并提出了研究中存在的一些亟需解决的问题以及今后该种材料的研究方向。 本文的主要工作和取得的主要结果如下: 1.鉴于目前使用苯硫酚修饰对CdS纳米粒子的荧光具有强烈的淬灭作用,而硫醇具有较强的毒性,本研究用硫脲作表面修饰剂,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作稳定剂制备了粒径分布较均匀、性能稳定的CdS纳米粒子。对CdS纳米粒子的红外光谱分析表明:硫脲由于与Cd~(2+)离子具有较强的配位作用,可以通过与S~(2-)离子的竞争反应,有效地限制CdS纳米粒子的长大。紫外可见光谱结果表明:得到的CdS纳米粒子呈现出了明显的量子尺寸效应,而且可以通过调整反应条件得到不同大小的CdS纳米粒子。荧光光谱研究表明:引入硫脲后,CdS纳米粒子的荧光发射有了一定的增强。 2.用原位合成法,以具有强配位能力的聚丙烯酸—丙烯酸羟丙酯(AC-HAC)为基体在水溶液中合成了CdS纳米微粒。本方法得到的CdS纳米粒子比前一种方法得到的CdS纳米粒子具有更好的发光性能。这是因为聚丙烯酸—丙烯酸羟丙酯在一定程度上能够修饰CdS纳米粒子表面,减少表面缺陷,提高纳米粒子的带隙发光。另外,通过控制半导体纳米微粒的尺寸大小和反应条件,可以得到不同波长的光发射。 3.利用溶剂热方法,以乙二胺与水的混合物为反应溶剂制备了CdS纳米棒和纳米晶,并对其结构性能进行了表征,对反应机理进行了研究。研究结果表明:可以通过调整溶剂中乙二胺与水的比例制备出具有不同形状、颗粒尺寸和光学性能的CdS纳米晶。用纯乙二胺作为反应溶剂时得到了直径为12-20nm,长度为50-300nm的CdS纳米棒。溶剂中水含量的增加致使CdS纳米棒较难生成,这是因为水的存在影响了乙二胺同Cd~(2+)离子的配位。研究还表明:CdS纳米晶的荧光性能对溶剂中乙二胺的含量十分敏感,随着溶剂中乙二胺含量增加样品荧光峰的位置蓝移并且发光强度增加。 浙江大学博士学位论文 4.首次以聚乙烯醇(PVA)为基体采用溶剂热方法成功制备了CdS纳米线, 表征了其结构性能,并讨论了其制备机理。用聚乙烯醇来限制前一方法得到的 CdS纳米棒的侧面方向的生长,得到了具有较高长径比的CdS纳米线,线的最 大长度可达6仰,直径仅为20刁。紫外可见光谱和荧光光谱结果表明:CdS 纳米线显现出了体材料CdS的吸收和发光性能。该种方法为将来CdS纳米线的 研究提供了一种思路。
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