cdte cds量子点及其复合材料之合成和性能研究

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1、CdTeCdS量子点及其复合材料之合成和性能研究1量子点及其复合材料的研究进展1.1量子点相关理论由于量子点的粒径与电子的德布罗意波长和激子波尔半径相当，电子会受到很大的局限，使电子输送受到限制，电子平均自由程变短，同时电子的局域性和相干性增强，从而引起量子限域效应；当量子点粒径比激子波尔半径更小时，电子处于强限制区域自由程局限在纳米空间，介质势阱壁对空穴和电子的作用远远大于空穴和电子的库仑力作用，相比之下此时量子限域效应处于支配地位，从而引起空穴和电子波函数的重叠，容易形成激子，产生激子吸收带；随着量子点粒径

2、的减小，激子吸收带的吸收系数增大，出现了激子强吸收，由于量子限域效应，激子的最低能量能级向高能方向移动（发生蓝移）；当量子点的尺寸大于激子波尔半径时，此时便处于弱限域区，库仑力作用很小基本可以忽略或者当微扰处理，空穴和电子可以视为限域独立粒子，此时便不能形成激子，其光谱是由于带跃迁形成的。1.1.2量子尺寸效应因为半导体量子点是一种特殊的纳米微粒，它的原子排列具有类似体相晶体的排列。半导体量子点其光学特性比较特殊，存在量子尺寸效应，其光电特性与其粒子半径的大小密切相关。随着晶体尺寸的减小，光生电子及空穴受到空间

3、限域效应，这些载流子占有轨道的能量比体相晶体的更高。当量子点尺寸下降到某一值时，金属费米能级面量子尺寸效应使得量子点的UV-vis吸收光谱及荧光发射光谱随着量子点尺寸的增大而发生红移。图1.2为CdTe量子点的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱，由于量子点尺寸的增大，CdTe的吸收带边明显红移，同时伴随有多个分立的激子吸收峰的出现，其光致荧光颜色也从蓝色变化至红色['气其它的量子点，包括n-VI族的CdS、CdSe、HgTe、ZnSe和III-V族的InP、InAs等，都具有这种光谱特征。这种仅仅通过改变

4、量子点的尺寸来控制它们发光性能的特点使得半导体量子点展现出了超凡的魅力。1.1.3量子效率量子效率（Quantumefficiency)也称为量子产率（Quantumyield)是指发光物质接受到激发发出的光子数与接受到的光子数的比值；量子产率正是量子点同其他纳米微粒最大的区别，一般的纳米微粒量子产率几乎为零，而量子点的量子产率通常大于6%;量子产率表现了量子点受激发后对光能的利用率，量子产率越高，说明量子点的发光性能就越好。因此，通过表面修饰钝化处理I'2]、掺入杂质离子以及光刻蚀处理获得高量子效率的

5、量子点，并在未来应用中继续保持其发光效率，已成为化学及材料科学工们努力的方向。1.1.4表面效应因为量子点为纳米晶体，具有大的比表面积，表面原子数目与纳米晶尺寸成反比，尺寸越小相对暴露于表面的原子就越多。随着量子点粒径的减小，表面原子数迅速增加，表面原子所占的百分比就会显著地增加。对直径大于100nm的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于100nm时，其表面原子百分数激剧增加，Ig纳米颗粒总表面积可高达100m2，此时的表面效应将不能忽略。高比表面虽然能提高纳米晶的催化活性，但对量子点的发光性质却很不利。随着表面

6、原子的增加，量子点存在原子配位不足及高的表面能，这就会使量子点存在大量表面缺陷['4]。这些表面缺陷的存在便会在带隙间引入许多成为电子或空穴的陷阱表面态，这样就会严重的影响量子点的光电性质。即使量子点具有规则的原子排布，表面缺陷的存在也会使量子点吸收的能量以非辐射的形式散发出去，从而降低量子点的发光效率。2CdTe/CdS发光量子点的水热制备及性能表征由于量子点优异的光电性能，使得它们在基础研究领域以及实际应用等方面展现出广阔的应用前景。发光量子点最具魅力的地方也在于通过控制量子点的尺寸可以方便的进行发

7、光颜色的调变[53]。研究者己经开发了一些方法来合成II-VI族以及m-v族半导体发光量子点，例如CdTe、CdSe.PbS、InP、和InAs等。但是，高质量发光性能量子点的合成方法主要是通过有机方法合成，如前面提到通过在有机溶剂中热解前驱体来合成CdSe、InAs量子点，具有发光效率高（高于60%)、粒径分布窄，但是生产成本高、毒性大、难以批量生产。为了解决这些问题研究者们正致力于水溶性高质量发光纳米晶的制备，水溶性量子点无需表面亲水修饰便可以用于生物探针研究。杨柏等人在冰浴中以及氮气的保护下用硼氧化钠还原

8、Te粉得到的NaHTe作Te源水热法合成了CdTe量子点，量子效率达到35%但水溶液中合成量子点仍需解决前驱体易氧化合成步骤多周期长、量子效率低等问题。因此，优化水溶性量子点合成方法，提高量子点质量，有着重要的意义。2.1CdTe量子点的水热制备本节用亚碲酸钠为Te源,琉基羧酸作稳定剂采用水热一步法直接合成CdTe量子点。通过控制水热反应时间合成了从绿色荧光到红色荧光的不同粒径水溶性C