CuInS2核壳结构量子点制备与性能研究

摘要

荧光量子点是一种尺寸在1-10nm之间的纳米颗粒，当其尺寸少于波尔半径时，会显示出明显的量子点限域效应，此时的电子与空穴被限域，连续的能带变为具有分子特性的分离能级结构，受到激发后会产生荧光。荧光量子点由于其特殊的光学性能而受到人们的广泛关注，其在太阳能电池、发光器件以及生物标记等领域有着巨大的应用前景。本文基于荧光量子点的广泛应用，合成黄绿(CuInS2/ZnS)、红橙(CuInS2/CdS)波段的荧光量子点，探讨荧光量子点制备工艺、发光机理等。此外，还自主设计与组装半连续荧光量子点制备装置以满足荧光量子点的日益增长的需求。具体内容如下:
　　1)采用一锅法制备了CuInS2量子点、CuInS2/ZnS核壳结构量子点，研究反应时间、温度、Cu/In对量子点结构及发光性能等的影响。CuInS2量子点荧光发射峰范围在620nm-670nm可调，TEM观察显示量子点尺寸分布均匀，平均尺寸为2-3nm。XRD和拉曼表征表明合成的CuInS2量子为黄铜矿相结构。合成的CuInS2量子点通过简单的硬脂酸锌的表面钝化处理，XRD、Raman表征证明了在CuInS2核表面形成了ZnS壳层，形成的CuInS2/ZnS核壳结构量子点，荧光发射峰范围在520 nm-620nm可调，荧光量子产率大大提高，达到75％。
　　2)采用一锅法发制备了CuInS2量子点，热注入法制备了CuInS2/CdS核壳结构量子点，研究不同Cu/In、Cd/S、反应时间对量子点结构及发光性能的影响。合成的CuInS2量子点通过油酸镉与硫粉作前驱体形成CdS进行钝化处理，XRD表征证明了在CuInS2核表面形成了CdS壳层，形成的CuInS2/CdS核壳结构量子点，荧光发射峰范围在620nm-670 nm可调，荧光量予产率达到89％。
　　3)自主设计与搭建半连续化荧光量子点生产装置，装置主要包括原料罐、混合罐、油浴槽、螺旋反应管、电动搅拌、蠕动泵，显示面板等部件。通过该装置合成了CuInS2量子点以及CuInS2/ZnS核壳结构量子点，CuInS2量子点荧光发射峰范围在620 nm-670nm可调，CuInS2/ZnS核壳结构量子点荧光发射峰范围在550 nm-570 nm可调，荧光量子产率达到50％。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 量子点的概述

1．2 核壳量子点

1．2．1 Ⅰ型核壳结构量子点

1．2．2 Ⅱ型与反Ⅰ型核壳结构量子点

1．3 核壳量子点合成

1．3．1 壳层材料的选择

1．3．2 壳层材料前驱体的选择

1．3．3 壳层厚度的控制

1．4 合金结构量子点

1．4．1 合金量子点分类

1．4．2 CuInS2合金量子点

1．4．3 CuInS2合金量子点合成

1．4．4 CuInS2核壳结构量子点合成

1．5 批量制备量子点的系统

1．6 量子点应用

1．6．1 显示照明领域

1．6．2 生物标记

1．6．3 太阳能电池

1．7 本论文的研究意义、主要内容以及主要创新点

第二章 实验部分

2．1 实验试剂及仪器

2．2 测试表征

第三章 CuInS2／ZnS核壳量子点合成及性能表征

3．1 引言

3．2 实验步骤

3．2．1 CuInS2核量子点制备

3．2．2 CuInS2／ZnS核壳结构量子点制备

3．2．3 结果与分析讨论

3．3 本章小节

第四章 CuInS2／CdS核壳量子点合成及性能表征

4．1 引言

4．2 实验步骤

4．2．1 CuInS2核量子点制备

4．2．2 CuInS2／CdS核壳量子点制备

4．2．3 CuInS2／CdS核壳量子点的形成机理

4．2．4 结果与分析讨论

4．3 本章小节

第五章 量子点的小批量制备工艺探讨

5．1 引言

5．2 装置的基本构成

5．3 装置的组装

5．4 装置主要配件

5．5 装置的调试

5．6 装置制备工艺探讨

5．6．1 CuInS2核量子点制备

5．6．2 CuInS2／ZnS核壳结构量子点制备

5．6 一紫外吸收光谱与荧光发射光谱测试

5．7 本章小节

结论

参考文献

攻读学位期间的成果

声明

致谢