Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料的水热合成、表征及光学性能研究

摘要

在众多的半导体材料中，II一Ⅵ族半导体纳米材料由于其量子尺寸效应，特殊的形貌以及优异的非线性光学及发光性能，使其受到了深入的研究并得到广泛的应用。本文采用水热法成功合成了CdSe球形纳米晶与CdS纳米棒并且对其性能和反应机理进行了探索与研究。本文的主要内容如下： 1.采用水热法，在水.油界面反应体系下，以油酸表面活性剂，代替过去使用的昂贵且有剧毒的TOPO，TOP等反应试剂，制备出CdSe球形纳米晶。通过改变反应物的摩尔比、反应时间、反应温度，控制了反应物形貌，并以此达到了调节其性能的目的。实验样品经过了x-射线衍射(XRD)，紫外.可见吸收光谱(UV-vis)，光致发光光谱(PL)和透射电子显微镜(TEM)表征分析。XRD图谱证实样品为立方相结构；从TEM照片表明CdSe球形纳米晶的直径15-18nm，分散性良好。实验结果还揭示了产物的紫外可见吸收光谱、光致发光光谱与反应物配比、反应时间、温度之问的关系。分析了317nm、358nm两处发射峰产生的机理。同时，总结出最佳反应条件。 2.采用水热法，分别以乙二胺及乙二胺与水的混合溶液作为溶剂，制备出CdS棒状纳米晶。将两种不同溶剂条件下制得的CdS纳米棒的光学特性(UV-vis，PL)及形貌(TEM)进行对比。并对样品进行XRD表征，XRD图谱证实样品均为六方相结构。对比两种不同溶剂合成纳米棒的形貌，得出最佳条件。分析光致发光光谱中位于330nm和346nm两发射峰的产生原因，指出两发射峰分别是由电子一空位对的复合发光以及乙二胺修饰CdS引起表面陷阱所致。并探讨了表面缺陷对光致发光光谱及纳米棒形貌的影响。对乙二胺作为表面活性剂形成CdS纳米棒的机理进行分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1纳米科学及纳米技术

1.2纳米材料

1.2.1纳米材料的概念及分类

1.2.2纳米材料的发展历史

1.3纳米材料的基本性质

1.3.1量子尺寸效应

1.3.2小尺寸效应

1.3.3表面效应

1.3.4宏观量子隧道效应

1.3.5介电限域效应

1.4纳米发光材料的发光特性

1.4.1与常规体材料相比所具有的新的发光现象

1.4.2光谱峰的蓝移或红移

1.4.3发光效率的提高和发光寿命的变化

1.4.4宽频带强吸收

1.5制备纳米材料的方法

1.5.1固相法

1.5.2液相法

1.5.3气相法

1.6半导体纳米材料

1.6.1半导体纳米粒子概述

1.6.2半导体纳米材料特性

1.6.3半导体纳米材料分类

1.6.4半导体纳米粒子的制备方法

1.7半导体纳米材料的应用及前景

1.7.1半导体纳米材料的研究热点

1.7.2半导体纳米粒子在生物医学上的应用

1.7.3半导体纳米粒子在光信息功能器件中的应用

1.8本论文主要研究的内容

第2章半导体纳米粒子光致发光的基本原理及光学性质

2.1半导体发光分类

2.2光致发光基本原理

2.3半导体光致发光基本原理

2.4半导体纳米材料的光学性质

2.4.1紫外—可见(UV-vis)吸收光谱

2.4.2光致发光(PL)光谱

第3章水热法制备CdSe纳米晶

3.1水热法反应原理

3.2水热发合成CdSe纳米晶

3.2.1实验仪器及装置

3.2.2化学反应原料

3.2.3水热法合成CdSe纳米晶反应原理

3.2.4实验步骤

3.2.5实验说明

3.3表征仪器与反应物配比及条件

3.3.1表征仪器

3.3.2反应物配比及条件

3.4水热法制备半导体纳米CdSe的表征与特性研究

3.4.1 CdSe的X射线衍射分析(XRD)

3.4.2紫外—可见(UV-vis)吸收光谱分析

3.4.3光致发光(PL)光谱分析

3.4.4透射电子显微镜(TEM)分析

3.4.5稳定性分析

3.5实验反应机理分析

3.6本章小结

第4章水热法制备CdS纳米棒

4.1水热法合成CdS纳米棒

4.1.1实验仪器及装置

4.1.2化学反应原料

4.1.3原料配比及反应条件

4.1.4水热法合成CdS纳米棒反应原理

4.1.4实验步骤

4.1.5实验说明

4.2表征仪器与条件

4.3单独用乙二胺做溶剂制备CdS纳米棒的表征与特性研究

4.3.1 X射线衍射分析(XRD)

4.3.2紫外—可见(UV-vis)吸收光谱分析

4.3.3光致发光(PL)光谱分析

4.3.4透射电子显微镜(TEM)分析

4.4等体积乙二胺与水做溶剂制备CdS纳米棒的表征与特性研究

4.4.1 X射线衍射分析(XRD)

4.4.2紫外—可见(UV-vis)吸收光谱分析

4.4.3光致发光(PL)光谱分析

4.4.4透射电子显微镜(TEM)分析

4.5 CdS纳米棒的形成机理分析

4.6本章小结

结论

参考文献

致谢

研究生履历