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电子束辐射法制备Ⅱ-Ⅵ族纳米半导体量子点及其光学性能研究

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摘要

Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点由于具有独特的光学特性而引起人们广泛的兴趣。量子点的粒径一般介于1-10nm之间，由于电子和空穴被量子限域，显示出极强的量子限域效应，因此在太阳能电池、发光器件和光学生物标记等领域具有广泛的应用价值。本论文中引入新的方法即电子束辐射法一步快速合成四种Ⅱ-Ⅵ族半导体量子点，并对产物进行了详细的表征及光学性能测试。该法相对于传统的制备纳米半导体材料的方法，主要优点在于：制备工艺简单，可在常温下进行，原料低毒或无毒，反应周期短，产物的尺寸及形貌可控，具有工业化大规模生产的前景。本论文主要内容包括：
　　 一、半导体量子点采用电子束辐射法在水相中制备了水溶性的SnSe和CdS量子点，该方法简单、快速、绿色和高效，产物具有粒径小、单分散性良好和水溶性等优点。
　　 (1)以SnCl2·2H2O和Na2SeO3为反应源，过量的NaOH为络合剂，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂，首次采用电子束辐射法简单快速地制备出了单分散性良好的SnSe量子点。CTAB包覆在SnSe纳米粒子的表面，使其具有较好的水溶性，通过控制CTAB的用量，制备出粒径从3nm到60nm的SnSe纳米颗粒，同时提出SnSe纳米晶的可能的形成机理。本工作在探寻绿色、高效、一步合成出性能优良且大小可控的SnSe半导体纳米晶方面，取得了新的进展。
　　 (2)以Cd(Ac)2·2H2O和硫脲为反应源，EDTA为稳定剂，用NaOH调节溶液pH值为中性，在电子束下进行辐照，得到了水溶性极强的CdS量子点。所制备的产物是六方纤维锌矿型CdS纳米晶，单分散良好，粒径平均大小为3nm。紫外可见光谱和荧光光谱表明所得产物在420nm处发射蓝色荧光，发生了明显的蓝移，CdS量子点特殊的光学特性和生物相容性使其在生物荧光探针材料方面有潜在的应用。同时对不同的辐射剂量和pH值对产物的光学性质及形貌的影响进行了研究，对可能的反应机理进行了详细的阐述。
　　 二、有机-无机杂化纳米材料有机-无机杂化纳米材料是近年来纳米材料领域中新兴的一种复合材料，是由有机和无机先驱源构成的在纳米尺寸范围内、具有周期性和有序排列的分子内杂化的复合材料。该类材料结合了有机和无机物的双重功能特性，具有良好的光学、电学和磁性等特性，相对于传统的块体材料甚至纳米单晶具有更强的量子限域效应。因此，有机-无机杂化纳米材料的合成及应用成为近些年纳米技术的研究热点。
　　 有机-无机杂化纳米材料的合成一般采用溶剂热法，以有机胺类小分子为溶剂和模板，在长时间高温加热的实验条件下得到具有特殊空间构型的有机-无机杂化的纳米材料。本论文中我们探索用一种新的简单而有效的电子束辐射法，以有机胺类分子为有机源，Ⅱ-Ⅵ族元素为无机反应源，快速高效地合成了ZnSe(EN)和ZnSe(EDTA)0.5杂化纳米材料，并对产物进行了详细的表征。本研究首次提出采用电子束辐射法合成有机-无机杂化纳米材料，并首次采用无毒的EDTA为有机源合成了ZnSe(EDTA)0.5有机-无机杂化纳米材料，在有机-无机杂化材料的合成和应用方面具有重要意义。

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