无机半导体量子点调控稀土离子发光及其应用研究

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1、分类号：O432单位代码：10183研究生学号：2015511043密级：公开吉林大学博士学位论文周东磊2018年6月无机半导体量子点调控稀土离子发光及其应用研究StudyontheModulationofRareEarthLuminescencebyInorganicSemiconductorQuantumDotsandItsApplications作者姓名：周东磊专业名称：微电子学与固体电子学研究方向：纳米光学材料与应用指导教师：刘大力教授、宋宏伟教授学位类别：理学博士培养单位：电子科学与工程学院论文答辩日期：2018年6月2日授予学位日期：年月

2、日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位盲审专家正高级浙江大学主席：张洪杰院士中国科学院长春应用化学研究所盲审专家副高级华中科技大学委员：林君研究员中国科学院长春应用化学研究所盲审专家正高级中国科学院重庆绿色智能技术研究院刘冰冰教授吉林大学秦伟平教授吉林大学崔海宁教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑

3、重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全

4、文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：微电子学与固体电子学论文题目：无机半导体量子点调控稀土离子发光及其应用研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市前进大街2699号吉林大学前卫南区唐敖庆楼D区145室作者联系电话：18104413078摘要无机半导体量子点调控稀土离子发光及其应用研究稀土发光材料由于其丰富的能级和4f电子的跃迁特性,具有多色光发射，发射线窄，色纯度高，发射波长分布区域宽，寿命长等其它发光材料无法比

5、拟的特点,在照明和显示等领域得到了广泛的应用。同时,稀土发光材料也是太阳能电池进行光子能量转换的理想选择，可显著提高太阳能电池的效率。然而，由于稀土发光材料的吸收截面小、发光效率较低等问题，严重制约了稀土发光材料在一些领域的应用;另外，由于新的照明与显示技术的迅猛发展(如LED照明﹑液晶显示），一些传统的稀土照明与显示材料（如CRT﹑PDP荧光粉）被逐渐替代。同时，使用稀土光转换材料提高太阳能电池的能量转换效率依然处于实验室研究阶段。因此，探索高效稳定的新型稀土发光材料，拓展稀土发光材料在一些新兴领域的应用，对于稀土发光材料的发展和应用具有重要的意义

6、。本论文主要针对稀土纳米发光材料上转换和量子剪裁发光过程中存在的问题，通过半导体表面等离子体和吸收截面大﹑声子能量低的钙钛矿量子点对上转换和量子剪裁发光进行了调控。通过Cu2-xS半导体量子点的等离子体共振和能量传递效应增强了稀土上转换发光，得到了最高1500倍的增强，并将其应用到防伪显示和钙钛矿电池等领域;通过在钙钛矿量子点中掺杂稀土离子Yb3+和Ce3+，使稀土量子剪裁发光的效率达到146%，并将其应用于硅太阳能电池,使其能量转换效率从18.1％提高到21.5％。取得的主要成果如下：【1】合成了Cu2-xS等离子体半导体量子点，并系统研究了其光学

7、和电学性质。确定Cu2-xS量子点中的表面等离子体共振来源于表面配体局域的载流子的集体震荡；研究发现,热处理会导致表面配体氧化分解，从而引起等离子体共振吸收峰的展宽、减弱和红移。利用Cu2-xS的局域表面等离子体共振来增强NaYF3+3+4:Yb,Er纳米粒子的上转换荧光强度，获得80倍的最佳增强；揭示了双光子能量转移过程与表面等离子体效应的共同增强机制。【2】制备了PMMA三维蛋白石光子晶体和Cu2-xS等离子体量子点复合结构，采用多种激发波长（808,980和1540nm）系统地研究了其与上转换纳米颗粒NaYF3+3+3+3+4:Yb,Er@Na

8、YF4:Yb,Nd的相互作用。结合光子晶体带隙调控效应﹑表面等离子体共振效应和双光子能量转移作用，获得了高达