高温溶剂法制备半导体纳米晶及其发光调制和形貌控制研究

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纳米粒子是纳米技术研究中的一个基本单元,它给人们提供了研究与尺寸相关特性的合适对象,因此,纳米粒子在纳米材料中也占有特别重要的地位,同时在能源、医药卫生、电子和计算机、环境保护、新材料设计等领域也都有着非常广泛的应用前景。近年来针对半导体纳米粒子(纳米晶)的制备方法、合成机理的研究一直是科研工作者所关注的领域,尤其以利用高温溶剂法制备半导体纳米晶所开展的研究工作为代表。目前合成纳米晶材料在前驱体的使用上有相对固定的选择,如在涉及CdSe纳米晶的制备中,除了早期毒性较大的有机金属盐(比如二甲基镉)外,大都选择氧化镉作为镉的前驱物,其它的离子型化合物则很少涉及;在含汞近红外发射半导体纳米晶的制备上,由于其高温下不稳定的特点,室温合成路线就具有很大的优势,但相应的研究报道却很少;在其它诸如金属氧化物半导体纳米晶的制备过程中的一些重要参数如介质的选择、反应温度的调节、反应时间的控制以及表面活性剂的运用对反应的结果都具有直接而重要的影响,如何通过相关实验的设计,深入理解其中相关参数的作用,从而更加有效地开展纳米晶的可控及规模合成也是目前合成、制备研究中亟待解决的问题。本论文即以上述问题为出发点,在高温溶剂法的基础上主要开展相关的合成研究及部分性质表征工作,主要包括以下内容:(1)选用离子型镉源作前驱体成功的在较低的反应温度下制备了ZnSe/CdSe复合结构纳米晶,并对其发光机理进行了深入的探讨。在此基础上,结合当前“绿色”环保的要求,开展了低毒、高效、低能耗的合成方法研究,针对目前广泛采用的含膦化合物的合成方法,创新性的采用无膦化合物的合成路线制备了较高质量的ZnSe纳米晶并开展了基于宽带隙ZnSe半导体纳米晶的过渡族元素中心掺杂体系ZnSe:Cu/ZnSe/ZnS复合结构纳米晶的绿色合成制备。通过Cu2+的引入,实现了对ZnSe纳米晶的荧光发射的有效调节。适当厚度的ZnS壳层则可以很好的钝化粒子表面,从而提高荧光发射强度;通过采用不同粒径的ZnSe纳米晶为核,该复合结构纳米晶的发射波长可在480520 nm的范围内实现连续调节。(2)探索了室温环境下高质量近红外纳米晶的制备。在CdTe纳米晶结构控制合成的基础上,采用室温离子交换的间接制备方法实现了HgCdTe近红外纳米晶的制备,并进一步实现了具有近红外发射的HgTe纳米晶的室温合成。(3)利用高温热解等方法制备了一系列的金属氧化物等化合物,在探索新合成方法的同时,着重探讨了反应温度、复合表面活性剂的使用以及前驱物的选择对产物结构、成分和性质的影响,并对其机理也进行了相应的探讨。以上工作的开展为下一步开展基于纳米晶的器件研究奠定了基础。
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