水溶性CdSeCdS量子点的设计
水溶性CdSeCdS量子点的设计[201923193002]
水溶性CdSeCdS量子点的设计量子点是近年来半导体纳米材料的一个新的发展，其在物理和化学中的作用，特别是在太阳能电池，光催化和生物标志物在该领域具有重要的应用前景。对于尺寸大小在100纳米的量子点，由于电子被限制在特定的能级上，所以量子局限效应特别明显。与单芯半导体量子点相比，化合物半导体纳米颗粒的核-壳结构，突出了更好的光学特性，如荧光量子效率和核 - 壳纳米颗粒的稳定性比单一核心半导体纳米量子点显著更高??。
对于量子点这种人造原子，人们可以通过控制其核的尺寸、量子点的组分在空间的分别达到控制其发射波长的目的。而对于量子点尺寸的控制在实验上体现为控制量子点的生长时间：核的生长时间越长，尺寸越大，发射的波长越长。由于水溶性的量子点在生物和生命科学中有重要的应用价值，例如，可以通过水溶性的量子点来探测心血管疾病等。同时也因为可以通过尺寸控制CdSe/CdS量子点获得在可见光范围内有较宽的光谱范围，在本毕业设计中我们采用成本较低的化学合成法合成水溶性硒化镉/硫化镉量子点。试验中主要利用CdSe作为量子点的核前体，在溶液中再加入CdCl2和Na2S形成CdS作为核的外层，最终产生黄色的水溶性CdSe/CdS量子点。
关键词：水溶性，量子点，前体，硒化镉/硫化镉
引言 6
第一章 6
绪论 6
1.1量子点的基本介绍 6
1.1.1量子点的种类 7
1.1.2量子点的主要性质 8
1.1.3量子点的物理效应 9
1.1.4量子点的制备方法 11
1.1.4.1金属有机合成法 11
1.1.4.2水相直接合成法 11
1.1.5量子点的应用前景 12
1.1.5生命科学 12
第二章 13
2.1引言 13
2.2实验部分 13
2.2.1实验原理 13
2.2.1.1步骤一 13
2.2.1.2步骤二 14
2.2.1.3步骤三 15
2.2.2CdSe/CdS核/壳型量子点的优缺点 15
2.2.2CdSe/CdS核/壳型量子点的优点 15
2.2.2CdSe/CdS核/壳型量子点的缺点 16
2.2.3CdSe/CdS核/壳型量子点的改进 19
第三章 22
3实验 22
3.1实验仪器 22
3.2实验 23
3.2.1实验一 23
3.2.2实验二 26
3.3结果与分析 27
第四章 29
4.1小结 29
致谢 30
参考文献 31
引言
现如今量子点已经在各个科学领域有所应用，比如在半导体器件中，生命探测以及在药品的筛选中都有其量子点的身影。量子点是量子家族的新兴的贵族，它庞大的应用领域范围使得量子点成为21世纪最热门的研究对象之一。今天我依照前人的经验来用化学合成的办法来研究量子点。
第一章
绪论
量子点的概念：量子点是由一个个小的原子数，三维度尺寸在纳米量级上。量子点一般是由半导体材料制成的，其直径大多数稳定在2～20nm，量子点的物理形状一般为球形或者半球形。量子点是一个单一的半导体材料，如第二，第六元素（如CdS，硒化镉，碲化镉，硒化锌等），或者在第三，第五元素（对纳米级的原子和分子的聚集体可以由这样的如磷化铟，砷化铟等）的半导体材料构成也可以由两种或更多种。作为一种新型的半导体纳米材料，量子点是具有很多特别性质的半导体纳米材料。
1.1量子点的基本介绍
量子点中的三个空间范围内的导带电子、价带空穴以及激子被束缚在周围，这也是量子点所特有的结构。由于电子在三维空间上的运动受到限制，所以量子点又被称为人造原子。量子点是在周围的束缚激子的导带电子和价带空穴可以归因于静电势的这种结构（这是由外部电极确定的，掺杂，应变，杂质生成的） 。
大家都知道量子点又被称为纳米晶体，这种晶体粒子是一种由第二到第六族或第三到第五族元素组成的纳米粒子。量子点的直径一般在1? 10nm量子点的连续的能带结构是离散的能级结构与分子的特性，这是由于电子和空穴的量子约束，受激后可发出荧光。基于量子点的量子效应，使得在某些区域有很好的应用前景，例如光学生物标志物。现在，科学家们已经发现了一些量子点的生产方法，以及可以预期在这样的半导体纳米材料的纳米电子学本世纪显示一个非常大的潜在的应用。
量子点的直径非常的小，有的量子点的直径只有10到50个原子串联起来的长度，比如半导体纳米晶体的量子点的直径可以小到2? 10nm时。100到100000的这样的原子紧紧的抱在一起所形成的大小相当于一个量子点的大小。10到50纳米之间的自组装量子点是最常见的尺寸，但是也有100纳米左右尺寸的量子点，但这些大尺寸的量子点都是用人为来控制其生长的。人类大拇指这样的宽度需要300万个10纳米级的量子点串联起来才能达到。
1.1.1量子点的种类
量子点的种类有许多种。例如，量子点有球形，柱形和像箱子一样的，这些都是按照量子点的物理形状来分类的；1型量子点和2型量子点是按照电子和空穴的封闭分类的；还有些是按照量子点的材料组成来分类的。现在为止，已经成功合成的量子点种类有第二到第六族、第三到第五族和第四到第六族元素组成的单一或核/壳结构的纳米粒子(如表1．1)。
表1-1不同结构的量子点
水溶性CdSeCdS量子点的设计量子点是近年来半导体纳米材料的一个新的发展，其在物理和化学中的作用，特别是在太阳能电池，光催化和生物标志物在该领域具有重要的应用前景。对于尺寸大小在100纳米的量子点，由于电子被限制在特定的能级上，所以量子局限效应特别明显。与单芯半导体量子点相比，化合物半导体纳米颗粒的核-壳结构，突出了更好的光学特性，如荧光量子效率和核 - 壳纳米颗粒的稳定性比单一核心半导体纳米量子点显著更高??。
对于量子点这种人造原子，人们可以通过控制其核的尺寸、量子点的组分在空间的分别达到控制其发射波长的目的。而对于量子点尺寸的控制在实验上体现为控制量子点的生长时间：核的生长时间越长，尺寸越大，发射的波长越长。由于水溶性的量子点在生物和生命科学中有重要的应用价值，例如，可以通过水溶性的量子点来探测心血管疾病等。同时也因为可以通过尺寸控制CdSe/CdS量子点获得在可见光范围内有较宽的光谱范围，在本毕业设计中我们采用成本较低的化学合成法合成水溶性硒化镉/硫化镉量子点。试验中主要利用CdSe作为量子点的核前体，在溶液中再加入CdCl2和Na2S形成CdS作为核的外层，最终产生黄色的水溶性CdSe/CdS量子点。
关键词：水溶性，量子点，前体，硒化镉/硫化镉
引言 6
第一章 6
绪论 6
1.1量子点的基本介绍 6
1.1.1量子点的种类 7
1.1.2量子点的主要性质 8
1.1.3量子点的物理效应 9
1.1.4量子点的制备方法 11
1.1.4.1金属有机合成法 11
1.1.4.2水相直接合成法 11
1.1.5量子点的应用前景 12
1.1.5生命科学 12
第二章 13
2.1引言 13
2.2实验部分 13
2.2.1实验原理 13
2.2.1.1步骤一 13
2.2.1.2步骤二 14
2.2.1.3步骤三 15
2.2.2CdSe/CdS核/壳型量子点的优缺点 15
2.2.2CdSe/CdS核/壳型量子点的优点 15
2.2.2CdSe/CdS核/壳型量子点的缺点 16
2.2.3CdSe/CdS核/壳型量子点的改进 19
第三章 22
3实验 22
3.1实验仪器 22
3.2实验 23
3.2.1实验一 23
3.2.2实验二 26
3.3结果与分析 27
第四章 29
4.1小结 29
致谢 30
参考文献 31
引言
现如今量子点已经在各个科学领域有所应用，比如在半导体器件中，生命探测以及在药品的筛选中都有其量子点的身影。量子点是量子家族的新兴的贵族，它庞大的应用领域范围使得量子点成为21世纪最热门的研究对象之一。今天我依照前人的经验来用化学合成的办法来研究量子点。
第一章
绪论
量子点的概念：量子点是由一个个小的原子数，三维度尺寸在纳米量级上。量子点一般是由半导体材料制成的，其直径大多数稳定在2～20nm，量子点的物理形状一般为球形或者半球形。量子点是一个单一的半导体材料，如第二，第六元素（如CdS，硒化镉，碲化镉，硒化锌等），或者在第三，第五元素（对纳米级的原子和分子的聚集体可以由这样的如磷化铟，砷化铟等）的半导体材料构成也可以由两种或更多种。作为一种新型的半导体纳米材料，量子点是具有很多特别性质的半导体纳米材料。
1.1量子点的基本介绍
量子点中的三个空间范围内的导带电子、价带空穴以及激子被束缚在周围，这也是量子点所特有的结构。由于电子在三维空间上的运动受到限制，所以量子点又被称为人造原子。量子点是在周围的束缚激子的导带电子和价带空穴可以归因于静电势的这种结构（这是由外部电极确定的，掺杂，应变，杂质生成的） 。
大家都知道量子点又被称为纳米晶体，这种晶体粒子是一种由第二到第六族或第三到第五族元素组成的纳米粒子。量子点的直径一般在1? 10nm量子点的连续的能带结构是离散的能级结构与分子的特性，这是由于电子和空穴的量子约束，受激后可发出荧光。基于量子点的量子效应，使得在某些区域有很好的应用前景，例如光学生物标志物。现在，科学家们已经发现了一些量子点的生产方法，以及可以预期在这样的半导体纳米材料的纳米电子学本世纪显示一个非常大的潜在的应用。
量子点的直径非常的小，有的量子点的直径只有10到50个原子串联起来的长度，比如半导体纳米晶体的量子点的直径可以小到2? 10nm时。100到100000的这样的原子紧紧的抱在一起所形成的大小相当于一个量子点的大小。10到50纳米之间的自组装量子点是最常见的尺寸，但是也有100纳米左右尺寸的量子点，但这些大尺寸的量子点都是用人为来控制其生长的。人类大拇指这样的宽度需要300万个10纳米级的量子点串联起来才能达到。
1.1.1量子点的种类
量子点的种类有许多种。例如，量子点有球形，柱形和像箱子一样的，这些都是按照量子点的物理形状来分类的；1型量子点和2型量子点是按照电子和空穴的封闭分类的；还有些是按照量子点的材料组成来分类的。现在为止，已经成功合成的量子点种类有第二到第六族、第三到第五族和第四到第六族元素组成的单一或核/壳结构的纳米粒子(如表1．1)。
表1-1不同结构的量子点
| 合成量子点的种类 | 量 子点 |
| 第Ⅱ到第Ⅵ族 |
ZnS，ZnSe， ZnTe，ZnO， HgTe、MgS HgS，HgSe， |
|
第Ⅵ到第Ⅴ族 |
InGaAs、InP、 InAs、InAsSb GaN、GaAs、 |
| 第Ⅳ族 | PbS、PbSe、SiC |
|
核/壳 |
CdS/HgS、CdSe/CdS、 CdSe/znS、ZnS/CdS、 CdS/CdSe、CdTe/CdSe CdSe／CdS／ZnS、CdS／ZnS CdTe／CdS、CdSe／ZnSe、 CdS／ZnS、ZnSe／ZnS |
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