碲化鎘量子點(diǎn)的合成實(shí)驗(yàn)

碲化鎘量子點(diǎn)的合成實(shí)驗(yàn)

答辯人：習(xí)再益專業(yè)：化學(xué)工程與工業(yè)學(xué)號(hào)：201131204052指導(dǎo)老師：萬靜碲化鎘量子點(diǎn)的合成實(shí)驗(yàn)量子點(diǎn)簡(jiǎn)介量子點(diǎn)的主要應(yīng)用量子點(diǎn)碲化鎘的合成實(shí)驗(yàn)量子點(diǎn)簡(jiǎn)介量子點(diǎn)定義量子點(diǎn)的理化性質(zhì)量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)量子點(diǎn)定義

當(dāng)半導(dǎo)體材料降至一定臨界尺寸后，電子在三維上的運(yùn)動(dòng)受了到限制，表現(xiàn)出量子局限效應(yīng)，這類材料都稱為量子點(diǎn)（quantumdots，QDs）。量子點(diǎn)有類似原子的不連續(xù)電子能級(jí)結(jié)構(gòu)，因此又被稱為“人造原子”。量子點(diǎn)的理化性質(zhì)

量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)對(duì)載流子（如電子、空穴和激子）有強(qiáng)三維量子限制作用，使量子點(diǎn)表現(xiàn)出一系列理化性質(zhì)，如量子尺寸效應(yīng)、量子隧穿效應(yīng)、量子干涉效應(yīng)和庫(kù)侖阻塞效應(yīng)等，控制量子點(diǎn)的幾何形狀和尺寸大小，可以改變電子結(jié)構(gòu)狀態(tài)，就能對(duì)量子點(diǎn)的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行“剪裁”，實(shí)現(xiàn)量子點(diǎn)材料的廣泛應(yīng)用。（1）寬吸收峰：能吸收所有比它第一發(fā)射波長(zhǎng)更短的“較藍(lán)”的光。（2）窄發(fā)射峰：具有非常窄且十分對(duì)稱的熒光發(fā)射光譜。（3）大斯托克斯位移：消除激發(fā)光和散射光背景干擾。（4）光穩(wěn)定性：抵抗紫外線、化學(xué)物質(zhì)、生物代謝對(duì)其的降解。量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)（5）高量子效率：熒光強(qiáng)度大，發(fā)光時(shí)間長(zhǎng)，便于長(zhǎng)期跟蹤和保存結(jié)果。（6）發(fā)射波長(zhǎng)尺寸可調(diào)：可以控制量子點(diǎn)大小或組成合成任意所需發(fā)射波長(zhǎng)的量子點(diǎn)，同時(shí)達(dá)到檢測(cè)多種指標(biāo)的要求。量子點(diǎn)的主要應(yīng)用電子器件上的應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用電子器件上的應(yīng)用由量子點(diǎn)與共軛聚合物組成的復(fù)合材料可以用來制備性能優(yōu)異的發(fā)光二極管、量子點(diǎn)激光器、自旋電子器件等。生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用（1）生物探針：量子點(diǎn)在生物體內(nèi)具有很好的生物相容性和穩(wěn)定性，與染料分子或發(fā)光基團(tuán)結(jié)合后可作為變光探針對(duì)細(xì)胞進(jìn)行標(biāo)記和成像。（2）篩選藥物：將不同顏色的量子點(diǎn)與藥物的不同靶分子結(jié)合，可一次性檢測(cè)藥物的作用靶分子。（3）超靈敏檢測(cè)：例如，在量子點(diǎn)表面接上巰基乙酸，從而是量子點(diǎn)既具有水溶性，還能與生物分子結(jié)合，通過光致發(fā)光檢測(cè)出量子點(diǎn)，從而使生物分子識(shí)別一些特定的物質(zhì)。（4）醫(yī)學(xué)成像：將某些在紅外區(qū)發(fā)光的量子點(diǎn)標(biāo)記到組織或細(xì)胞內(nèi)的特異組分上，并用紅外光激發(fā)，就可以通過成像檢測(cè)的方法來研究組織內(nèi)部的情況，達(dá)到診斷的目的。量子點(diǎn)碲化鎘的合成實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)方法、原理實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論（1）采用水熱合成法合成水相的碲化鎘量子點(diǎn)（2）通過反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)物配比、pH值變化來研究外部條件對(duì)量子點(diǎn)生成的影響實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)方法、原理本實(shí)驗(yàn)制備碲化鎘采用的方法是水熱法。水熱法是在封閉的反應(yīng)釜中，以水為溶劑，在高溫位高壓下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)以碲粉作為反應(yīng)原料，使碲粉與硼氫化鈉還原后生成碲氫化鈉，加入到硝酸鎘，引入巰基后在高溫高壓下穩(wěn)定即可得到產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)主要試劑、儀器主要藥品：硝酸鎘 、3-巰基丙酸(MPA)、Te粉、硼氫化鈉、氫氧化鈉等。主要儀器：電熱恒溫干燥箱、水熱釜、紫外分光光度計(jì)、熒光光譜儀等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，日光燈下水相CdTe量子點(diǎn)的顏色從橙色、黃色變?yōu)榧t色，紫外燈下發(fā)綠光、橙光和黃光。電鏡下的量子點(diǎn)量子點(diǎn)電鏡圖1量子點(diǎn)電鏡圖2反應(yīng)條件的影響反應(yīng)時(shí)間的影響MPA量的影響前體濃度的影響pH的影響隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，其他條件不變的情況下，其紫外吸收峰和熒光發(fā)射均發(fā)生逐漸紅移現(xiàn)象，這表明了CdTe量子點(diǎn)在不斷生長(zhǎng)，粒徑逐漸增大。反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，可得到其熒光發(fā)射峰分逐漸變寬、平坦，在發(fā)射峰在范圍內(nèi)的半峰寬逐漸變寬。反應(yīng)時(shí)間的影響MPA量的影響MPA用量為0.43mmol、0.7mmol、0.93mmol時(shí)，在575nm、530nm、525nm處有吸收峰，在610nm、530nm、525nm處有發(fā)射峰。MPA的用量為0.7mmol時(shí)，熒光最強(qiáng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，MPA用量少，會(huì)使鎘合物表面巰基減少，使反應(yīng)速率加快，量子點(diǎn)尺寸變大，出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。前體濃度為0.3mM和0.5mM時(shí)，一定的時(shí)間下發(fā)射峰位都在575nm，兩者基本一致，說明了前體濃度對(duì)CdTe量子點(diǎn)的生長(zhǎng)尺寸影響不是很大。從0.3mM增加到0.5mM時(shí)，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，這說明適當(dāng)增大前體濃度，會(huì)使量子點(diǎn)生長(zhǎng)速率加快，生成的CdTe量子點(diǎn)也較多，從而熒光強(qiáng)度較強(qiáng)。前體濃度的影響Ph從6.5至