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1、-范文最新推荐- 半导体纳米材料的制备及应用 摘要：随着纳米科学技术的不断发展，半导体纳米材料在各学科领域中发挥的作用也日益突显。近年来，人们在半导体纳米材料的制备方面已经进行了很多尝试并取得了引人注目的成就。但是由于其复杂性，对它们的研究和开发仍面临着严峻的挑战。因此，不论在制备上还是在应用上仍然存在许多有待解决的问题和很广阔的研究空间。碲化镉纳米材料因其独特的尺寸依赖性，有可能被广泛应用于光发射装置、生物成像、光电、生物学和化学传感器等诸多领域。基于此，本论文研究了一种两步制备含有CdTe量子点和聚苯乙烯微球的复合发光材料的方法。其主要研究内容及成果如下：采用两步法制备了CdTe量子点/聚
2、苯乙烯复合荧光微球。并利用高分辨透射电镜、X-射线粉末衍射仪、红外光谱仪、紫外光谱仪，荧光光谱仪对其进行了表征。关键词：半导体；纳米材料；CdTe；聚苯乙烯；荧光微球8370Preparation and application of nano semiconductor materialAbstract：With the continuous development of science and technology, nanotechnology, semiconductor nanomaterials in various subject areas are also increasin
3、gly prominent role. In recent years, people in the preparation of semiconductor nanomaterials has already done a lot to try and made remarkable achievements. However, due to their complexity, their research and development is still facing serious challenges. Therefore, whether in preparation or on t
4、he application there are still many problems to be solved and the very broad research space. Cadmium telluride nanomaterials because of their unique size-dependent, there is likely to be widely used in light emitting devices, biological imaging, optical, biological and chemical sensors, and many oth
5、er fields. Based on this, this paper studies a two-step solution containing CdTe quantum dots and polystyrene microsphere composite luminescent material. The main research contents and results are as follows: a two-step prepared CdTe quantum dots / polystyrene composite fluorescent microspheres. And
6、 using high-resolution transmission electron microscopy, X-ray powder diffraction, infrared spectroscopy, ultraviolet spectroscopy, fluorescence spectroscopy to characterize them. 2.2实验方法113表征及实验分析133.1荧光光谱表征133.2X-射线衍射图谱表征143.3红外光谱表征143.4紫外光谱表征153.5透射及高分辨透射电子显微图像表征163.6小结174总结17致谢19参考文献201前言1.1半导体纳
7、米材料及其性质纳米材料，又称纳米结构材料，是指微观结构至少有一维处于纳米尺度范围(1 nm-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。半导体是其导电性介于导体和绝缘体之间的一类物质，半导体纳米材料则是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的新型半导体材料。半导体材料是由IIB族元素(Zn，Cd，Hg等)和VIA族元素(O，S，Se，Tc等)形成的化合物。半导体纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观隧道效应和表面效应等许多优异的物理效应1，同时，半导体纳米材料因其异于体相材料的光、电、磁、热等以及化学方面的性质，受到越来越广泛的重视，已经成为当前国际前沿研究的热点并成为一门新兴的交叉
8、学科2。量子点（quantum dots，简称QDS）是一种典型的零维纳米材料，通常包含几百到几千个原子。量子点三个维度的尺寸都在100 nm以下，一般为球形或类球形，通常由II和族元素组成，直径在220 nm之间。量子点种类很多，如由II一族元素组成的CdS，CdSe，CdTe，ZnSe，ZnS等3，族元素组成的GaAs，InGaAs，IP，InAs等4,或者由两种或两种以上的材料组成的核壳结构如CdSe/CdS，CdSe/ZnS，CdS/PbS，CdS/HgS等5。量子点能够接受激发光产生荧光，因其粒子尺寸小，比表面积大等特性，使之具有表面效应，量子尺寸效应，协同效应，介电限域效应和宏观量
9、子隧道效应等独特的光学，电学和物理学性质。 （5）量子点具有很高的量子产率。核壳结构的半导体纳米晶体的量子产率一般都在30以上，表面钝化好的量子点其量子产率甚至更高8。与传统的有机染料分子和荧光蛋白相比，量子点的发光强度要高几十倍甚至几百倍，能够更方便地从复杂背景中提取目标信号。（6）量子点生物相容性好，并具有很好的空间兼容性。量子点表面带有氨基、羧基、巯基等丰富的化学基团，能与生物分子结合，而且一个量子点可以偶联两种或两种以上的生物分子或配体，从而使制备多功能检测及成像探针成为可能。而有机荧光染料或镧系配合物则不具有这种优越性9。CdTe量子点是一种重要的II—VI族半导体材料，
10、具有独特的光、电以及结构特性，被成功应用于发光二极管、光子学材料和生物标记等方面。目前，关于CdTe半导体纳米材料的制备、性质及应用方面的研究已经成为了国内外研究的热点。1.2半导体纳米材料量子点的应用因量子点具有荧光寿命长、激发光谱宽、发射光谱窄而且对称、光稳定性好等优良的光学特性，被广泛地应用于生命科学的许多领域。1998年，两个研究小组同时在(Science)上报导了量子点应用于细胞及组织的标记成像研究，标志着量子点在生命科学领域的应用开始起步。近年来，量子点已经在多个领域内有较广泛的应用，在生物学和临床检验学等研究中潜在的应用价值也已引起了广大科学工作者的极大关注，并日益显示出巨大的学
11、术价值。它的应用主要体现在以下几大方面：1.2.1量子点在分析化学上的应用近年来，随着制备技术的不断成熟与荧光量子产率的不断提高，有关量子点在分析科学中的应用研究取得了重要进展，它们在荧光分析中的研究应用也越来越多的引起了人们的关注。近年来发展了许多基于量子点的简单无机离子和小分子等的光学探针。 一维半导体纳米材料的电子只能在两个维度自由活动，其斯托克斯位移比量子点大，荧光发生位于近红外区，将一维半导体纳米材料用于荧光标记、成像分析等可以避免背景荧光的干扰：同年，Alivisatos等13报道了表面修饰后的半导体纳米棒是生物兼容性的，无毒且发光效率好，可作为荧光生物标记。一维半导体纳米材料表面
12、性质一致，而且其有很多可以用于标记的位点，单根半导体一维纳米材料就可以实现多点标记。一维半导体纳米材料在生物标记方面应用广泛。一维半导体纳米材料具有吸收光子能力强、电子传递速度快和电子收集能力强等优点，可以用来构造太阳能电池，可以有效地提高太阳能电池的效率。Wang等14报道了一种纳米发电机，将原子力显微镜探针与ZnO阵列接触，使纳米线弯曲，压电电场效应使弯曲的ZnO纳米线产生电流，并且能够输出到外电路。WU等15将CdS纳米棒包埋在液晶电池中制备了一个小型的光电转换装置，通过实验，他们预计在不久的将来，一维半导体纳米材料在智能光电应用领域，包括光开关，集成光子器件，以及彩色电子器件等方面将得
13、到应用。所以，一维纳米材料在新型器件研究与开发方面潜力巨大。Jang等16利用水热法合成了晶型良好的CdS纳米线，并将其应用于催化制氢方面，结果发现晶型完整的CdS纳米线在Na2S和Na2SO3两者的水溶液中通过光催化可以获得高效率的氢气。这说明一维纳米材料可用于催化方面。因此，研究一维纳米材料的制备及其在各领域的应用有着重要的科学意义。此外，对一维半导体材料进行选择性掺杂，还将推动其应用研究。1.2.3CdTe量子点的近红外电化学发光与生物传感量子点(quantum dots),亦被称为半导体纳米晶体(semiconductor nanocrystals)，是一类具有优异荧光性能的纳米材料,
14、已在生物传感和荧光成像等领域显示出广阔的应用前景。由于近红外辐射(650-900 nm)对生物组织穿透性好、光学损伤小，而且生物组织在近红外区的背景信号低，新型近红外量子点和相关传感技术的开发已经引起学术界的密切关注。电化学发光(ECL)分析是一种已在生命分析科学领域获得广泛应用的分析技术,该技术无需激发光源、信噪比高,不但可以有效避免常规荧光分析中的光漂白和背景干扰问题,而且比常规荧光分析法更为灵敏。本论文发展了一种双稳定剂包被策略用于一锅法制备近红外CdTe量子点,发现双稳定剂包被的CdTe量子点能产生较强的近红外ECL辐射，在开发新型近红外传感策略方面具有显著优势。主要研究内容如下：1.
15、基于双稳定剂包被策略发展了一种在水相中批量制备高性能近红外CdTe量子点的新方法。以巯基丙酸和六偏磷酸钠作为稳定剂,氯化镉为隔源,采用水合肼还原亚碲酸钠在线产生Te2-的方法,在水相中合成了近红外CdTe量子点。利用紫外可见吸收光谱、荧光光谱、高分辨透射电镜、X射线粉末衍射、X射线光电子能谱等手段对所制备的量子点进行表征,发现该CdTe量子点尺寸分布较窄、荧光量子产率较高且性质稳定。通过详细考察体系pH值、反应温度、反应物用量等因素对CdTe量子点性质的影响，发现该方法合成条件温和、对环境友好,适合批量制备大尺寸的近红外CdTe量子点。2.以三丙胺为共反应剂，研究了双稳定剂包被的近红外CdTe量子点在玻碳电极上的阳极ECL行为。研究发现该CdTe量子点在玻碳电极上阳极ECL激发电位较低，而且CdTe量子点在玻碳电极上的阳极吸附行为能诱导产生稳定的超强近红外ECL辐射。基于CdTe量子点的近红外ECL特性发展了一种利用普通荧光分光光度仪器直接采集量子点ECL光谱的新方法,发现双稳定剂包被的CdTe量子点的ECL光谱与其荧光光谱基本相似,具有明显的量子尺寸效应，该CdTe量子点的ECL辐射与禁带宽度密切相关
