復(fù)雜結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的缺陷態(tài)的調(diào)控.pdf

1、復(fù)雜結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)在基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用中都占據(jù)著領(lǐng)域的核心地位，其光學(xué)性質(zhì)與缺陷態(tài)有很大的聯(lián)系。但是復(fù)雜結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的缺陷態(tài)更加難以研究。合理的調(diào)控量子點(diǎn)的缺陷態(tài)不僅可以改善量子點(diǎn)的發(fā)光性能，還能給量子點(diǎn)帶來獨(dú)特的性質(zhì)和應(yīng)用前景。消除核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)——一種典型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)——的內(nèi)部和表面缺陷，是實(shí)現(xiàn)實(shí)用水平“納米熒光材料”的關(guān)鍵。有目的地向量子點(diǎn)引入某些發(fā)光缺陷中心形成另外一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)——摻雜量子點(diǎn)——?jiǎng)t是實(shí)現(xiàn)高性能“納米磷光材料”

2、的可靠途徑。
　　我們首先發(fā)明一種適合缺陷研究的硒前驅(qū)體:硒粉-十八烯懸濁液(Se-SUS)。該前驅(qū)體具有非常高的反應(yīng)活性、轉(zhuǎn)化率和操作靈活性。這使得該前驅(qū)體不僅適用于合成各種金屬硒化物量子點(diǎn)，還可以解決現(xiàn)有合成的一些難題。例如，合成尺寸分布很好的小尺寸量子點(diǎn)、抑制外延生長核殼結(jié)構(gòu)時(shí)的合金、共成核摻雜合成錳摻雜的硒化鋅(Mn∶ ZnSe)量子點(diǎn)等等。我們還揭示了Se-SUS高活性的來源以及它和羧酸鹽可能的反應(yīng)機(jī)理。
　　在C

3、dSe/CdS核殼量子點(diǎn)的表面缺陷研究中，我們確定了幾個(gè)表面缺陷的來源。實(shí)驗(yàn)證明，兩層CdS殼層就可隔離表面多余羧酸鎘和表面裸露鎘離子帶來的電子缺陷，表明這些缺陷非常淺。表面吸附H2S和表面裸露的硫離子可帶來空穴缺陷。H2S引入的缺陷很深，可用光照或者其他除氣的方式消除。表面裸露的硫離子引起的缺陷較淺，可用羧酸鎘或三正丁基膦將其消除。我們建立了一套表面修飾步驟，可將外延生長1至10層CdS的CdSe/CdS核殼量子點(diǎn)的發(fā)光量子產(chǎn)率修飾到

4、接近100％。無論是單前體還是傳統(tǒng)的雙前體外延生長，該表面修飾方法都有效。實(shí)驗(yàn)還證明，常見CdSe/CdS核殼量子點(diǎn)系統(tǒng)內(nèi)部并不存在文獻(xiàn)建議的電子和空穴缺陷。
　　對(duì)于有目的地在量子點(diǎn)引入發(fā)光缺陷中心，我們研究了錳離子濃度對(duì)Mn∶ZnSe量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)的影響。在系統(tǒng)研究了一系列實(shí)驗(yàn)參數(shù)后，包括羧酸鹽種類、自由羧酸、硒粉的加入量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等等，我們開發(fā)了共成核摻雜方法。利用這個(gè)新方法，Mn∶ZnSe量子點(diǎn)的錳離子濃度可在1

5、％到40％之間有效調(diào)控，其單指數(shù)磷光衰減壽命可在1000到50μs內(nèi)變化。這直接導(dǎo)致了一系列新型納米磷光材料。
　　為了將上述新型納米磷光材料推動(dòng)到實(shí)用水平，我們發(fā)明了陰離子活化表面方法在Mn∶ZnSe量子點(diǎn)表面外延生長厚度可控的ZnS殼層。在溫和的反應(yīng)溫度下，我們得到了外延生長～7層ZnS的Mn∶ZnSe/ZnS核殼量子點(diǎn)。新的核殼量子點(diǎn)不僅保持了Mn∶ZnSe量子點(diǎn)的發(fā)光量子產(chǎn)率(70％)和接近單指數(shù)的發(fā)光衰減，還擁有了非常穩(wěn)