硅酸盐玻璃中PbS量子点吸收和发光的尺寸依赖性

摘要

铅的硫族化合物量子点的禁带宽度小，激子玻尔半径大，具有明显的强量子限域效应，展现出特殊的光电性质。PbS量子点在近红外波段有很好的发光性能，而且可以通过控制量子点的尺寸，使其吸收和发光在近、中红外光谱范围内调节，覆盖石英光纤通讯整个传输窗口，有巨大的应用价值。而量子点掺杂玻璃具有良好的热稳定性和化学稳定性，机械强度高，可加工制成多种光电功能器件，在光电信息领域具有重要的应用前景。玻璃基质中量子点的平均粒径及其尺寸分布对量子点掺杂玻璃材料的的光学性能影响极大，因此，研究玻璃基质中量子点粒径及其粒径分布对量子点在近红外荧光波段的影响作用规律，对于开发量子点掺杂玻璃光电功能器件具有重要的意义。本论文针对以上问题，对PbS掺杂硅酸盐玻璃的制备及PbS量子点尺寸与分布调控进行了系统研究。 本文采用熔融淬冷法制备了PbS量子点掺杂硅酸盐玻璃，通过控制热处理制度在玻璃中合成了尺寸分布很窄的PbS量子点，通过XRD，TEM，吸收谱和光致发光谱等表征手段研究了热处理制度和玻璃组分对PbS量子点玻璃的吸收和发光性能的影响，提出了玻璃中PbS量子点的缺陷模型。 基于玻璃组成，尤其是玻璃基质中硫与铅的掺杂比例，以及热处理制度优化，实现了玻璃基质中平均粒径在1.27 nm到7.32 nm之间、且尺寸分布在4.91-10.00%的PbS量子点的可控制备，实现了PbS量子点掺杂玻璃在700 nm-2500 nm波段可调的窄带吸收与荧光。 通过调控玻璃的热处理条件，使玻璃中PbS量子点的吸收峰和发光峰波长范围在700 nm-2500 nm之间，覆盖了整个近红外波段；研究发现随着玻璃组分中碱土金属周期数的增大，玻璃的析晶温度降低，硫的过饱和可以促进PbS量子点的析晶；在玻璃中合成了尺寸分布在5%以下的PbS量子点，这些量子点的半径大多在3.2 nm-4.6 nm之间。本实验的最佳热处理温度在520oC-550oC之间，延长热处理时间可以减小量子点的尺寸分布；尺寸分布窄的量子点的吸收曲线出现了多个激子吸收峰，通过高斯函数可以拟合出多个高斯峰，它们分别对应于PbS量子点的不同能级的电子的跃迁；用双峰拟合的方法对PbS量子点的发光峰进行高斯拟合，提出了玻璃中PbS量子点的缺陷模型来解释实验中的发光特性。

目录

声明

第1章绪论

1.1 引言

1.2 量子点的性质

1.3 量子点的制备

1.4 量子点的应用

1.5 量子点掺杂玻璃

1.6 PbS量子点的研究现状

1.7 本论文研究内容与意义

第2章实验原料、仪器及实验过程

2.1 实验原料

2.2 实验工具及仪器

2.3 样品表征

2.4 量子点掺杂硅酸盐玻璃的制备过程

第3章S含PbS量子点硅酸盐玻璃及其吸收光谱

3.1 引言

3.2 玻璃组成设计

3.3 玻璃中PbS量子点的表征

3.4 PbS量子点吸收光谱及影响因素

3.5 小结

第4章玻璃中PbS量子点的尺寸分布调控

4.1 量子点吸收光谱与粒径分布的关系

4.2 TEM和尺寸统计

4.3 量子点尺寸和尺寸分布的计算

4.4 吸收曲线的拟合

4.5 小结

第5章硅酸盐玻璃中PbS量子点的发光特性

5.1 引言

5.2 PbS量子点的发光致发光谱

5.3 PbS量子点发光谱的分析

5.4 小结

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文