self-assembled nanostructures-----翻译

《self-assembled nanostructures-----翻译》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、半导体纳米材料的光学性质1.吸收：直接和间接跃迁半导体的光学吸收由其电子结构决定，经常作为检测其光电性质的手段。光吸收是材料和光相互作用的结果，当光的频率和态间能量相隔一致时，由选择定则决定的跃迁是允许的或部分允许的，声子被材料吸收。这通过材料的透射光减少，吸收光增加反映出来。通过测量样品的透射或吸收作为光频率的函数，可以获得样品的吸收谱，他是材料的特性。图示显示了CdS（直接带隙半导体）和Si（间接带隙半导体）纳米粒子的电子吸收谱和发射谱的比较，对CdS，在430nm附近的吸收峰对应激子峰，那样的激子特征在间接带隙的材料如Si中是不存在的。如前所述，纳

2、米粒子与块体材料相比一个最显著的特征是由于量子尺寸限域造成的吸收谱蓝移，对许多半导体，都观察到这种现象，其中CdSe最受关注。如图所示CdSe纳米粒子的吸收谱随尺寸减小显示出明显的蓝移，人们对高质量CdSe样品做了许多研究来测量其依赖于尺寸的光学谱。吸收和发射谱的测量经常在低温（约10K）进行，以减少由于热效应引起的不一致的拓展宽。研究表明，在CdSe纳米晶体的吸收谱里，直到10激发态的尺寸依赖性可以用非耦合多带有效质量理论来描述，包括价带简并性而非价带和导带间耦合。态的确认，为讨论半导体纳米粒子的电子结构提供了基础。非耦合多带有效质量理论最近扩展到包括

3、价带-导带耦合，并应用到描述InAs纳米晶体依赖于尺寸的电子结构。与CdSe相似，人们也广泛研究了CdS的吸收性质，并观察到蓝移现象。相比CdSe，CdS吸收谱的蓝移主要由于S比Se具有更轻的质量和更低的电子密度。其他金属硫化物纳米粒子如PbS的光学性质也被研究，PbS粒子的形状可以很容易通过改变合成条件而改变。而且，由于PbS的波耳激子半径相对较大（18nm），其带隙较小（0.41eV），容易制备出小于波耳半径的粒子，而显示强的量子限域效应，吸收仍在可见光的波段，在不同形状的PbS粒子中电子弛豫对表面和形状的依赖性也被研究，结果观察到，通过改变表面聚合

4、物而将粒子形状由球形变化到针形和立方形时，基态电子吸收谱发生显著变化。由于其具有形成各种计量比的能力，硫化铜为人们所感兴趣。在硫-铜体系中，从到相变化时有几种稳定和亚稳相，其复杂结构和价态产生了一些独特的性质。Drummond等人对粒子的研究发现，随着其还原到，一个近红外带消失了，这归因于二价铜的存在。这个红外态被认为是由于表面氧化的态。位于导带下1eV处。这个新的带隙间的态被电子占据，因此有电子施主的特点。由于在红外波段强的吸收，在光成像和光探测方面有潜在的应用。但是因为其有团聚成块体的趋势，合成纳米粒子是困难的。一种方法是在反向胶束中合成它。最近发展

5、了一种新的合成方法，使用硫基丙氨酸和谷胱甘肽作为引导分子。纳米粒子的基态吸收谱从红光开始（600~800nm），对更短波长的吸收截面显示出连续增加，在可见光和紫外光区没有明显的激子特征。与相似，纳米粒子的吸收也显示出随波长减小而增大的无特征吸收。卤化银纳米粒子，例如和，在摄影方面发挥了重要作用，其合成也相对简单。的光学吸收谱在416nm处有尖锐的特征激子吸收峰，而的吸收不具有那样的激子特征，其吸收谱相比发生蓝移。纳米作为一种有前途的蓝光二极管材料而受到广泛关注，对3nm的粒子，在电子吸收谱中约330nm附近出现特征激子带，350nm~550nm有一个宽的

6、发射带。金属氧化物是另外一类重要的纳米粒子，如、、、。金属氧化物在催化、光催化、作为颜料方面扮演了重要的角色，因为其宽的带隙，许多氧化物被认为是绝缘体，因此它们通常是白色，在可见光区没有吸收，其纳米粒子常通过水解制备。在各种氧化物粒子中，是由于稳定性、易制备的优点以及在应用方面的前景，如太阳能电池转换，而最为人们关注。与大多数氧化物粒子没有颜色相比，可以以-相（磁铁矿）和-相（赤铁矿）的存在，-相可用作光催化剂，-相可用于磁记录媒介的组成部分，尽管它们有不同的磁性质，但其光学性质是十分相似的。由于具有光致发光性质，硅纳米粒子最近引起了相当的关注，由于硅是

7、间接带隙的半导体，带隙宽度1.1eV，其发光是非常弱的。对于光电子的应用，发展发光材料以兼容当前电子产品产业存在的硅基技术是令人期望的，块体硅弱的发光是其用于快速发展的光-电产业的一个主要障碍。在1990年发现了多孔和纳米晶体硅能发射具有高量子产率的可见光，这激发了人们制造新的硅基光子器件的希望和对多孔硅和硅纳米粒子的研究兴趣。已经通过多种方法制备纳米硅粒子，包括缓慢燃烧硅烷，Na还原,电化学刻蚀多孔硅后分离，微波放电，激光蒸发/可控凝聚，高压气溶胶反应，激光诱导化学气相沉积和化学气相沉积。利用湿胶体化学方法制备硅粒子是困难的。硅粒子的吸收谱在近红外和近

8、紫外区没有激子特征，吸收截面随波长减小而增大。有趣的是，发现用超临界流体溶液技术