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ZnO量子点的制备及其光学性质表征

孙浩然  
【摘要】:ZnO量子点是一种室温下禁带宽度Eg=3.37eV的新型半导体纳米材料,由于其良好的生物相容性和优异的光电性质,被广泛研究应用于生物细胞成像、半导体二极管以及太阳能电池等诸多领域。目前对含Cd量子点材料的研究较为成熟,但是其对生物体有剧毒的缺点,严重限制了该类量子点在生物成像等领域的应用,因此采用安全无毒、生物相容性好的ZnO等发光材料可以有效地解决这一矛盾。为了提高量子点的均一性,提升量子点的结构稳定和光电性质,本论文采用超声化学法改进ZnO量子点的制备工艺流程,并对其光学性质展开研究分析,主要工作包括以下具体内容:(1)本文使用超声化学法在常温下的无水乙醇体系中,以二水乙酸锌为锌源合成ZnO量子点。该方法可以在极短的时间内,制备出尺寸均一,单分散性好的ZnO量子点。通过对反应时间、反应温度、金属离子比等重要参数进行大量的数据分析,系统的讨论了这些参数对ZnO量子点颗粒的形貌和光学性质的影响,从而不断改进制备工艺流程。结果表明,当温度为40℃、反应时间为30min时,所制备的ZnO量子点颗粒尺寸均匀,在4.2nm左右,单分散程度好,荧光强度高,同时量子产率提升到了82.2%。在乙醇体系中采用聚乙二醇(PEG400)作为表面修饰剂,用油酸(OA)作配体,增强了ZnO量子点结构的稳定性,并提高了光学性质以及分散性。本研究以荧光强度的衰减为判断条件对ZnO量子点在常温下保存的寿命进行分析,发现ZnO量子点在保存初期荧光衰弱程度较强,由于ZnO量子点表面缺陷较多,有较多的自由基悬挂键,出现明显团聚现象。通过365nm紫外灯照射和CIE色度图对比发现,所制备的ZnO量子点发出柔和的近白光,这一优势可以很好的应用于照明和细胞成像领域,具有良好的应用价值。(2)在成功制备尺寸均匀、纯度较高的ZnO量子点的基础上,采用超声化学法将ZnS作为壳层包覆在ZnO量子点表面,从而得到ZnO/ZnS核/壳结构量子点。通过X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜和选区电子衍射分析得到ZnO核层和ZnS壳层均为六方结构,ZnO/ZnS量子点的平均尺寸为10nm。通过荧光分光光度计分析发现ZnS壳层有效的抑制了ZnO量子点的可见区域发光,增强了其紫外波段的荧光。


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