半导体荧光量子点的合成及发光性质研究
毕业设计中文毕业设计中文 半导体荧光量子点是尺寸小于10纳米的晶粒，具有优异的发光稳定性，因此可广泛应用于光电子器件、生物医学检测、光催化等方面。纳米ZnO是典型的紫外发光材料，具有制备方便、稳定性高、生物兼容等特点。在本文中，通过溶胶—凝胶法制备氧化锌量子点，用这种方法可以很容易的在实验室中制得半导体氧化锌量子点，制备条件比较容易，不需要高温，高压。 一般方法是将一种金属醇盐或无机物溶于乙醇或去离子水等溶剂中形成澄清溶液，通过超声波清洗机超声水解形成溶胶,然后利用离心机进行量子点的提纯。通过分析所得样品的光致发光谱，UV-Vis吸收光谱，和透射电子显微镜图（TEM)进一步了解氧化锌量子点的光学性质和形貌特征。关键词 氧化锌，量子点，溶胶凝胶法，光学性质
目 录
1 绪论 1
1.1 半导体荧光量子点的介绍 1
1.2 半导体荧光量子点的性质 1
1.3量子点在现实生活中的应用 3
2 纳米氧化锌的制备 5
2.1 纳米氧化锌主要的制备方法 5
2.2 仪器介绍 7
3 溶胶凝胶法制备氧化锌量子点 9
3.1试剂 9
3.2 实验设备 9
3.3 实验过程 10
4 结果与讨论 11
4.1 透射电子显微镜图像 11
4.2 光致发光谱图分析 12
4.3 吸收光谱图分析 12
结论 13
致谢 14
参考文献 15
1 绪论
1.1 半导体荧光量子点简介
半导体量子点是半导体和纳米材料的完美结合。在狭义上，量子点指的是半导体纳米晶体量子点三个维度的尺寸都在100纳米以下.通常量子点可以理解为半导体纳米晶体的半径小于或接近激子玻尔半径的，它是分子和晶体之间的转变状态，具有独特的量子尺寸效应和表面效应[]。当电子在量子点半导体材料内移动时它们在xyz轴三个方向上都会受到空间约束，这时将使量子点半导体材料表现出一些新颖的特性，比如说库仑阻塞，量子隧穿，量子干涉等效应[]。 氧化锌量子点作为具有特殊光电性能的宽带隙半导体量子点材料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，与其他量子点材料相比，氧化锌体材料和薄膜材料都不具有，因此蓝紫色器件和电子器件中的氧化锌量子点显示出非常诱人的应用前景。比如现在很热门量子点电视，量子点作用于生物活体标记。研究半导体材料的制备方法，发光特性和应用是非常有意义的工作，对未来社会的发展和进步具有深远的影响，对人们生活质量的提高也有很大的帮助。
1.2 半导体荧光量子点性质
1.2.1 量子尺寸效应
量子点的能隙宽度、激子束缚能、能量蓝移程度分别由其形状、结构、尺度所决定。 量子点所能吸收的入射光线的最高能量随着本身尺度的减小而减小。当尺寸缩小到一定程度时，即量子尺寸效应。该效应的存在，使得原本连续的能量带变得不连续。从而使发光性质被量化，所以通常被称为量子点[]。半导体量子点因其优异的稳定性、单色性和可控的波长调控方法成为目前应用广泛的荧光标记材料。
1.2.2 量子隧道效应
从广义上来说，一般的的功能型材料或者元件的尺寸要远远地大于电子平均自由程。这就导致它们的工作范围是在宏观的电子群的输运行为，故其结果具有统计学上的平均意义。当尺寸大幅度缩小时，量子宏观效应必须进行考虑。由德布罗意关系式可知，当纳米空间尺度达到107m时，电子波动性就较为明显，此时发挥重要功能的是量子效应[]。由于量子效应的影响，电子的自由程与线度相当，其在纳米尺度空间中的输运过程的波动性很显著。在量子情况下，电子能量的分立导致能量低于壁垒所需能量的电子有概率穿过。即量子力学中所说的隧穿效应。为了达到这种效应，需要在边长为106 ~ 105m的区域生成纳米导电域，也称为量子阱。电子被束缚其中由于被束缚所引起的波动性称为量子限域效应。区域与区域间通过垫垒相连接。低电压时，体系不导电；高电压时，足够多的电子穿过量子阱达到其他量子阱使得体系从绝缘到导电体现了有序纳米列阵的特点。量子点的能隙宽度、激子束缚能、能量蓝移程度分别有其形状、结构、尺度所决定。
1.2.3 表面效应
纳米微粒的一个非常明显的特征就是是比其他的不是纳米材料有更大的比表面积。微粒尺寸的大小与材料的比表面积成反比例关系，微粒的尺寸越大材料的比表面积就越小。根据相关实验，直径为5纳米的硫化镉颗粒只有百分之七十五的原子脱离表面，因此这个时候材料表面原子将影响到微粒的性质，我们需要着重考虑这一部分。鉴于这个重大变化，研究人员已经认识到纳米微粒表面修饰的重要性，并且同其应用和性能优化一起进行研究。其中一个原因是纳米颗粒的比表面积太大，另一个方面的原因是材料表面有大量的缺陷，这些因素会使纳米颗粒比其他的材料更具氧化还原能力，这些因素还会使纳米材料拥有非常强的催化能力[]。一个鲜活的例子就是，铯化锗的纳米微粒经过这种变化后，它的发光能力会有很强的变化，而且稳定性也会显著增加。一般来说，在低温下氧化锌量子点材料也是可以实现受激发射的，但是不可以在常温下实现受激发射，这就是氧化锌量子点材料不能作为室温材料的原因。为了可以让氧化锌材料可以在室温下工作，我么可以改变氧化锌的晶体质量，还有提高氧化锌的激子束缚能来实现这一要求。氧化锌的低维量子结构和氧化锌的外延膜可以满足氧化锌量子点材料作为室温装置这一苛刻需求。氧化锌量子点材料是具有量子尺寸性质的，所以能够增大带隙宽度，峰值位置的发射光谱，吸收光谱可以向蓝色波长靠近。除此之外，氧化锌量子点60毫电子伏特的激子结合能远远超过在室温下的激子结合能，还有激子对材料热的离子化影响可以小到忽略不计，因此可以远远降低氧化锌材料在室温下的激发阈值。氧化锌量子点有许多很好的性质，比如说它的尺寸很容易控制，容易和其他元素进行掺杂，对环境没有一丝污染，所需要的平台要求很低，基于这么多的优秀性质，使得氧化锌量子点材料变得炙手可热，在紫外可见光电子器件有着尤为突出的应用。
目 录
1 绪论 1
1.1 半导体荧光量子点的介绍 1
1.2 半导体荧光量子点的性质 1
1.3量子点在现实生活中的应用 3
2 纳米氧化锌的制备 5
2.1 纳米氧化锌主要的制备方法 5
2.2 仪器介绍 7
3 溶胶凝胶法制备氧化锌量子点 9
3.1试剂 9
3.2 实验设备 9
3.3 实验过程 10
4 结果与讨论 11
4.1 透射电子显微镜图像 11
4.2 光致发光谱图分析 12
4.3 吸收光谱图分析 12
结论 13
致谢 14
参考文献 15
1 绪论
1.1 半导体荧光量子点简介
半导体量子点是半导体和纳米材料的完美结合。在狭义上，量子点指的是半导体纳米晶体量子点三个维度的尺寸都在100纳米以下.通常量子点可以理解为半导体纳米晶体的半径小于或接近激子玻尔半径的，它是分子和晶体之间的转变状态，具有独特的量子尺寸效应和表面效应[]。当电子在量子点半导体材料内移动时它们在xyz轴三个方向上都会受到空间约束，这时将使量子点半导体材料表现出一些新颖的特性，比如说库仑阻塞，量子隧穿，量子干涉等效应[]。 氧化锌量子点作为具有特殊光电性能的宽带隙半导体量子点材料 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，与其他量子点材料相比，氧化锌体材料和薄膜材料都不具有，因此蓝紫色器件和电子器件中的氧化锌量子点显示出非常诱人的应用前景。比如现在很热门量子点电视，量子点作用于生物活体标记。研究半导体材料的制备方法，发光特性和应用是非常有意义的工作，对未来社会的发展和进步具有深远的影响，对人们生活质量的提高也有很大的帮助。
1.2 半导体荧光量子点性质
1.2.1 量子尺寸效应
量子点的能隙宽度、激子束缚能、能量蓝移程度分别由其形状、结构、尺度所决定。 量子点所能吸收的入射光线的最高能量随着本身尺度的减小而减小。当尺寸缩小到一定程度时，即量子尺寸效应。该效应的存在，使得原本连续的能量带变得不连续。从而使发光性质被量化，所以通常被称为量子点[]。半导体量子点因其优异的稳定性、单色性和可控的波长调控方法成为目前应用广泛的荧光标记材料。
1.2.2 量子隧道效应
从广义上来说，一般的的功能型材料或者元件的尺寸要远远地大于电子平均自由程。这就导致它们的工作范围是在宏观的电子群的输运行为，故其结果具有统计学上的平均意义。当尺寸大幅度缩小时，量子宏观效应必须进行考虑。由德布罗意关系式可知，当纳米空间尺度达到107m时，电子波动性就较为明显，此时发挥重要功能的是量子效应[]。由于量子效应的影响，电子的自由程与线度相当，其在纳米尺度空间中的输运过程的波动性很显著。在量子情况下，电子能量的分立导致能量低于壁垒所需能量的电子有概率穿过。即量子力学中所说的隧穿效应。为了达到这种效应，需要在边长为106 ~ 105m的区域生成纳米导电域，也称为量子阱。电子被束缚其中由于被束缚所引起的波动性称为量子限域效应。区域与区域间通过垫垒相连接。低电压时，体系不导电；高电压时，足够多的电子穿过量子阱达到其他量子阱使得体系从绝缘到导电体现了有序纳米列阵的特点。量子点的能隙宽度、激子束缚能、能量蓝移程度分别有其形状、结构、尺度所决定。
1.2.3 表面效应
纳米微粒的一个非常明显的特征就是是比其他的不是纳米材料有更大的比表面积。微粒尺寸的大小与材料的比表面积成反比例关系，微粒的尺寸越大材料的比表面积就越小。根据相关实验，直径为5纳米的硫化镉颗粒只有百分之七十五的原子脱离表面，因此这个时候材料表面原子将影响到微粒的性质，我们需要着重考虑这一部分。鉴于这个重大变化，研究人员已经认识到纳米微粒表面修饰的重要性，并且同其应用和性能优化一起进行研究。其中一个原因是纳米颗粒的比表面积太大，另一个方面的原因是材料表面有大量的缺陷，这些因素会使纳米颗粒比其他的材料更具氧化还原能力，这些因素还会使纳米材料拥有非常强的催化能力[]。一个鲜活的例子就是，铯化锗的纳米微粒经过这种变化后，它的发光能力会有很强的变化，而且稳定性也会显著增加。一般来说，在低温下氧化锌量子点材料也是可以实现受激发射的，但是不可以在常温下实现受激发射，这就是氧化锌量子点材料不能作为室温材料的原因。为了可以让氧化锌材料可以在室温下工作，我么可以改变氧化锌的晶体质量，还有提高氧化锌的激子束缚能来实现这一要求。氧化锌的低维量子结构和氧化锌的外延膜可以满足氧化锌量子点材料作为室温装置这一苛刻需求。氧化锌量子点材料是具有量子尺寸性质的，所以能够增大带隙宽度，峰值位置的发射光谱，吸收光谱可以向蓝色波长靠近。除此之外，氧化锌量子点60毫电子伏特的激子结合能远远超过在室温下的激子结合能，还有激子对材料热的离子化影响可以小到忽略不计，因此可以远远降低氧化锌材料在室温下的激发阈值。氧化锌量子点有许多很好的性质，比如说它的尺寸很容易控制，容易和其他元素进行掺杂，对环境没有一丝污染，所需要的平台要求很低，基于这么多的优秀性质，使得氧化锌量子点材料变得炙手可热，在紫外可见光电子器件有着尤为突出的应用。
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