n掺杂对碳量子点荧光特性的影响研究
毕业设计说明书 (论文) 中文毕业设计说明书 (论文) 中文量子点具有独特尺寸效应、微观量子效应，其在磁、电、光、声、热以及催化等应用领域展示出独特的优势。其中，碳量子点 (CQDs) 作为一类新型的量子点种类，近年来已经引起了学者的广泛关注。但是最初制备的CQDs 却存在荧光量子产率这一项上很低的问题，尚未达到半导体量子点的产率水平，然而近期通过N和Mg元素共掺杂产生的协同效应，可使CQDs 的量子产率有很大提高，最高可达至83%，可与已报道的有机染料和半导体量子点的最高发光效率相比，。但是，目前以苯乙烯为原料自发聚合形成的胶体光子晶体，并利用光子晶体为碳源，实现对CQDs进行制备并考察 N掺杂的研究较少。 本课题通过乳液聚合的方法制备聚苯乙烯 (PS)，聚苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯 (PS-PGMA) 和聚苯乙烯-丙烯酰胺(PS-PAM)。光子晶体分析光子晶体的微球的SEM特征，并为碳源制备碳量子点，并基于热燃烧法以及光子晶体微球为碳源制备碳量子点，分别在200℃、300℃、400℃热燃烧法条件下制备具有不同荧光特性的CQDs，我们进一步对所制备CQDs的UV、PL等以及其形貌特性的测试分析。实验结果表明，O元素、N元素对碳量子点的荧光特性的影响，只有在在经燃烧法400OC处理情况下，光子晶体微球完全分解为碳量子的时候才能体现，而在中间分解过程中，即在200OC，300OC条件下，O元素、N元素对碳量子点的荧光特性的影响不明显。关键词 光子晶体，量子点，荧光，乳液聚合
目录
1 绪论 1
1.1 量子点的简介 1
1.2 量子点的结构与性质 1
1.3 量子点的应用 2
1.4 光子晶体的结构与性质 2
1.5 光子晶体的应用与发展 3
1.6 需要研究和解决的问题 3
1.7 本课题采用的技术和手段 3
1.8 本课题的技术路线 4
2 实验部分 4
2.1 实验原料 4
2.2 实验器材 4
2.3 单分散胶体粒子PS的合成 5
2.4 核壳胶体粒子PSPGMA及PSPAM的合成 6
2.5 碳量子 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
点的制备 6
2.6 表征手段 7
3 实验结果与分析 7
3.1 光子晶体的性能分析 7
3.1.1 光子晶体胶体微球的形貌分析 7
3.1.2 金相表征单分散胶体粒子 8
3.2 荧光碳量子点的形貌分析 9
3.3 荧光碳量子的光学性能分析 10
3.3.1 荧光碳量子点的紫外吸收光谱分析 10
3.3.2 荧光碳量子点的荧光激发光谱分析 11
3.3.3 荧光碳量子点的量子产率分析 12
3.3.4 荧光碳量子点的荧光寿命分析 13
3.4 荧光碳量子点的结构分析 13
3.5 荧光碳量子点在LED器件方面的应用 14
4 结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18
1 绪论
1.1 量子点的简介
量子点 (carbon dots, CQDs) 作为一种发光半导体纳米晶，其表现出许多独特的物理和化学特性,目前众多科学工作者对其进行了深入研究。介电效应、表面层效应以及量子级尺寸效应等一系列独特特性，这使量子点表现出很多独特的光学性质和电子学性能例如强抗光漂白性[1]、宽吸收峰光谱、形窄且对称的发射光谱峰、高的巧光强度、费光效率比传统有机染料高及可调的发射光谱[2]等。胶体微粒的研究范畴很大，上从重金属类物质、半导体纳米晶、无机硅类化学材料，下到海洋、陆地、地底物质，以及生物材料。在繁多的粒子的方向中，一些知名的科学家慧眼识珠，发现光子晶体的远大的前景，集中精力努力去探求在光子晶体领域新的道路。就是否易溶于水这点来说，荧光CQDs比传统的半导体量子点更好、可功能化使用、抗光漂白性高[3]以及生物特异性优良、生物相容性良好[4]、化学稳定性强，在过去几年里CQDs的合成、性质，应用等方面都迈出了一大步，可以应用于生物学传感[5]、生物学成像[6]、生物医学[7]、药物传输[8]等方面。
1.2 量子点的结构与性质
本文中的碳量子点是为量子点中的一类，量子点是一种的纳米级晶体，习惯又被人们称为半导体纳米微晶体 (semiconductor nanocrystal) [9]，其具有化学性质在溶剂中稳定、可溶于部分有机溶剂或水中、粒子大小在2~20 nm之间的特点。近年来，由于量子点具有一些特别的性质和功能，传统意义上的半导体量子点已经成为了一门极具市场性的学科，其研究内容涉及广泛包括物理、化学、生物材料等多类学科领域，且受到了广泛的追捧。
量子点的组成元素为IIVI族，荧光波长范围是能包含整个人眼可见区。受到了许多科学家的追捧，一开始，量子点在光电和微电子材料[10]领域初露头角，尤其在生物和光学材料。而且现在市场上，量子点产品销量很好，而且效果明显，治愈了许多病人，深入研究后光电器材材料[11]、生物医学诊断[12]等方面将会有长足发展，越来越多的量子点被制作成一件件商品，涌入人们生活，将会推动一个新材料时代。
1.3 量子点的应用
纳米光催化材料是想在一个很热的方向，新型的材料化学活性高，并且它选择性好。在目前光催化领域，所需要解决的最关键的在于如何才能最大化地利用人眼可见光的能量CQDs。对生物如人类的毒性低[13] 、合成的方法简单，物理化学性能稳定等优点，而且表面尺寸可以调节，让其在人眼可见光的范围改变吸收峰和荧光发射峰，可以作为一种实用的添加剂，起到催化的作用。/ 图11 CQDs/Cu2O复合物在近红外光的照射下光催化过程的示意图
1.4 光子晶体的结构与性质
光子晶体 (也称光子禁带材料[14]，Photonic Crystal 简称PC) 作为微观级别一类比较好的光学材料，已经有了较好的应用。在1987年几乎是同一时期，“光子晶体”这一概念由S.John和E.Yablonovitch[15]在分别独立提出了，我们从物质分子结构层面上分析，光子晶体是一类光学性质优良的人为制造晶体，它拥有周期往复的性质，同时也具有循环型性质[16]。就对电子波函数[17]的调制成效而言，半导体晶格，光子带隙材料形象的说就和周期性晶体相似，材料本身特质就能对电磁波波长作出相应的调整，当一束电磁波传播时，遵循一定的原理就会产生布拉格散射现象，而且电磁波也会受到调制，其能量的不同分布最终会形成能带结构。光子带隙就是能带之间出现的空隙，而处在光子带隙中且具有能量的光子，不能进入晶体。可以通过建立基本模型的方法研究光子晶体，其实验方法思路上可以借鉴半导体的道路，理论上，可以预见着在远大的将来人类控制光子必将成为现实，人们可以通过设计并合成光子晶体，再制造其器件，可以完成控制光子运动方向，速度，波长等等一系列目标。
1.5 光子晶体的应用与发展
光子晶体光纤，长期发展，人们发现其具有两种的导光机制原理，其中一类是折射率引导型 (运用较多) [18]，另一类则是光子带隙型 (使用较少) 。上述前者光子晶体光纤由于许多独特性，特别是在生产生活和科研开发等方面，揭示了巨大潜在的价值。21世纪初，“折射率”是科研工作者研究光导材料的重要依据，就比如全反射等，引导型光子晶体光纤在光学器材的应用作了探究，如在放大器﹑光器件﹑光纤传感[19]﹑非线性光学﹑生物医学﹑光纤通信和激光器[2022]等方面。同时，由于现已制造的光子晶体光导纤维的单模传输﹑同时，可以活跃调动的色散等性质，传统光纤[23]在某些方面难以达到的优良特性，能够预见光子晶体光纤在未来诸多领域都将有着重要和广阔的应用前景。
目录
1 绪论 1
1.1 量子点的简介 1
1.2 量子点的结构与性质 1
1.3 量子点的应用 2
1.4 光子晶体的结构与性质 2
1.5 光子晶体的应用与发展 3
1.6 需要研究和解决的问题 3
1.7 本课题采用的技术和手段 3
1.8 本课题的技术路线 4
2 实验部分 4
2.1 实验原料 4
2.2 实验器材 4
2.3 单分散胶体粒子PS的合成 5
2.4 核壳胶体粒子PSPGMA及PSPAM的合成 6
2.5 碳量子 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
点的制备 6
2.6 表征手段 7
3 实验结果与分析 7
3.1 光子晶体的性能分析 7
3.1.1 光子晶体胶体微球的形貌分析 7
3.1.2 金相表征单分散胶体粒子 8
3.2 荧光碳量子点的形貌分析 9
3.3 荧光碳量子的光学性能分析 10
3.3.1 荧光碳量子点的紫外吸收光谱分析 10
3.3.2 荧光碳量子点的荧光激发光谱分析 11
3.3.3 荧光碳量子点的量子产率分析 12
3.3.4 荧光碳量子点的荧光寿命分析 13
3.4 荧光碳量子点的结构分析 13
3.5 荧光碳量子点在LED器件方面的应用 14
4 结 论 16
致 谢 17
参 考 文 献 18
1 绪论
1.1 量子点的简介
量子点 (carbon dots, CQDs) 作为一种发光半导体纳米晶，其表现出许多独特的物理和化学特性,目前众多科学工作者对其进行了深入研究。介电效应、表面层效应以及量子级尺寸效应等一系列独特特性，这使量子点表现出很多独特的光学性质和电子学性能例如强抗光漂白性[1]、宽吸收峰光谱、形窄且对称的发射光谱峰、高的巧光强度、费光效率比传统有机染料高及可调的发射光谱[2]等。胶体微粒的研究范畴很大，上从重金属类物质、半导体纳米晶、无机硅类化学材料，下到海洋、陆地、地底物质，以及生物材料。在繁多的粒子的方向中，一些知名的科学家慧眼识珠，发现光子晶体的远大的前景，集中精力努力去探求在光子晶体领域新的道路。就是否易溶于水这点来说，荧光CQDs比传统的半导体量子点更好、可功能化使用、抗光漂白性高[3]以及生物特异性优良、生物相容性良好[4]、化学稳定性强，在过去几年里CQDs的合成、性质，应用等方面都迈出了一大步，可以应用于生物学传感[5]、生物学成像[6]、生物医学[7]、药物传输[8]等方面。
1.2 量子点的结构与性质
本文中的碳量子点是为量子点中的一类，量子点是一种的纳米级晶体，习惯又被人们称为半导体纳米微晶体 (semiconductor nanocrystal) [9]，其具有化学性质在溶剂中稳定、可溶于部分有机溶剂或水中、粒子大小在2~20 nm之间的特点。近年来，由于量子点具有一些特别的性质和功能，传统意义上的半导体量子点已经成为了一门极具市场性的学科，其研究内容涉及广泛包括物理、化学、生物材料等多类学科领域，且受到了广泛的追捧。
量子点的组成元素为IIVI族，荧光波长范围是能包含整个人眼可见区。受到了许多科学家的追捧，一开始，量子点在光电和微电子材料[10]领域初露头角，尤其在生物和光学材料。而且现在市场上，量子点产品销量很好，而且效果明显，治愈了许多病人，深入研究后光电器材材料[11]、生物医学诊断[12]等方面将会有长足发展，越来越多的量子点被制作成一件件商品，涌入人们生活，将会推动一个新材料时代。
1.3 量子点的应用
纳米光催化材料是想在一个很热的方向，新型的材料化学活性高，并且它选择性好。在目前光催化领域，所需要解决的最关键的在于如何才能最大化地利用人眼可见光的能量CQDs。对生物如人类的毒性低[13] 、合成的方法简单，物理化学性能稳定等优点，而且表面尺寸可以调节，让其在人眼可见光的范围改变吸收峰和荧光发射峰，可以作为一种实用的添加剂，起到催化的作用。/ 图11 CQDs/Cu2O复合物在近红外光的照射下光催化过程的示意图
1.4 光子晶体的结构与性质
光子晶体 (也称光子禁带材料[14]，Photonic Crystal 简称PC) 作为微观级别一类比较好的光学材料，已经有了较好的应用。在1987年几乎是同一时期，“光子晶体”这一概念由S.John和E.Yablonovitch[15]在分别独立提出了，我们从物质分子结构层面上分析，光子晶体是一类光学性质优良的人为制造晶体，它拥有周期往复的性质，同时也具有循环型性质[16]。就对电子波函数[17]的调制成效而言，半导体晶格，光子带隙材料形象的说就和周期性晶体相似，材料本身特质就能对电磁波波长作出相应的调整，当一束电磁波传播时，遵循一定的原理就会产生布拉格散射现象，而且电磁波也会受到调制，其能量的不同分布最终会形成能带结构。光子带隙就是能带之间出现的空隙，而处在光子带隙中且具有能量的光子，不能进入晶体。可以通过建立基本模型的方法研究光子晶体，其实验方法思路上可以借鉴半导体的道路，理论上，可以预见着在远大的将来人类控制光子必将成为现实，人们可以通过设计并合成光子晶体，再制造其器件，可以完成控制光子运动方向，速度，波长等等一系列目标。
1.5 光子晶体的应用与发展
光子晶体光纤，长期发展，人们发现其具有两种的导光机制原理，其中一类是折射率引导型 (运用较多) [18]，另一类则是光子带隙型 (使用较少) 。上述前者光子晶体光纤由于许多独特性，特别是在生产生活和科研开发等方面，揭示了巨大潜在的价值。21世纪初，“折射率”是科研工作者研究光导材料的重要依据，就比如全反射等，引导型光子晶体光纤在光学器材的应用作了探究，如在放大器﹑光器件﹑光纤传感[19]﹑非线性光学﹑生物医学﹑光纤通信和激光器[2022]等方面。同时，由于现已制造的光子晶体光导纤维的单模传输﹑同时，可以活跃调动的色散等性质，传统光纤[23]在某些方面难以达到的优良特性，能够预见光子晶体光纤在未来诸多领域都将有着重要和广阔的应用前景。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/289.html
