電子束輻射法制備納米半導(dǎo)體材料及其性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體納米材料呈現(xiàn)出許多新奇的特性，在光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、催化、醫(yī)藥等方面具有極為廣闊的應(yīng)用前景。半導(dǎo)體納米材料的制備是納米材料研究領(lǐng)域的熱點之一。現(xiàn)有的半導(dǎo)體納米材料制備方法存在著工藝復(fù)雜、條件苛刻、產(chǎn)率低等問題，我們采用電子束輻射法制備半導(dǎo)體納米材料。該法具有鮮明的特點：制備工藝簡單，可在常溫下操作，不加入任何催化劑和有毒試劑，制備周期短，產(chǎn)物的物相、形貌可控，可用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。在本論文工作中，首次采用電子束輻射法合成了水溶性具有發(fā)

2、光量子產(chǎn)率高的藍(lán)色熒光CdSe量子點，這在生物標(biāo)記研究中具有重要的意義；首次采用電子束輻射法合成了一系列硫族化合物和全屬氧化物半導(dǎo)體納米材料，制備的納米晶顆粒細(xì)小、分散性良好，反應(yīng)時間短，具有工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的前景；探索了電子束輻射法在傳感器件改性方面的應(yīng)用，電子束輻照對表面電導(dǎo)型傳感器的氣敏性能有明顯的改善。本研究拓展了輻射化學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域，同時也為其它材料的合成提供了新的方法和思路。本論文主要內(nèi)容歸納如下： 以Cd(Ac)2.

3、3H2O和Na2SeO3為反應(yīng)源，首次采用電子束輻射法制備了CdSe納米晶。通過選擇不同的絡(luò)合劑，制備出晶型和光學(xué)性能不同的CdSe納米晶。當(dāng)以氨水作為絡(luò)合劑，在電子束輻照下制備了具有良好的單分散性，粒徑約10 nm的六方纖維鋅礦型CdSe納米晶。隨著電子束輻照劑量的增加，晶型由六方型逐漸向立方型轉(zhuǎn)變。紫外可見光譜和熒光光譜表明，與相應(yīng)的體材料相比其吸收峰發(fā)生了明顯藍(lán)移。 納米發(fā)光量子點用于生物標(biāo)記研究中，對多色生物標(biāo)記研究和疾

4、病診斷學(xué)的發(fā)展具有重要意義。但是目前半導(dǎo)體納米發(fā)光量子點的合成工作大多數(shù)是在非水體系中進行的，從而合成的這類發(fā)光量子點不能直接用于水溶性的生物體系研究中。因此合成水溶性具有發(fā)光量子產(chǎn)率高的半導(dǎo)體納米量子點就成為新的研究熱點之一。我們對前面的實驗進行了改進，選擇EDTA為絡(luò)合劑和表面修飾劑，在電子束輻照下室溫水相中制備了閃鋅礦型的藍(lán)色熒光CdSe量子點。量子點具有良好的單分散性，粒徑約2～3 nm，熒光量子效率達21.63％。有較好的水溶

5、性，量子點表面包覆的EDTA外端的羧基能直接與生物分子的氨基相結(jié)合，可以作為熒光探針應(yīng)用于生物體系。首次采用電子束輻射法分別制備了硫化鉛、硒化鉛和硒化錫納米半導(dǎo)體材料。選擇硫代乙酰胺為合適的硫源，醋酸鉛為鉛源，采用電子束輻射法一步合成了硫化鉛納米晶。以硒粉和醋酸鉛為原料，制備了粒徑約為20nm球形的立方PbSe納米晶。以Se粉和SnCl2.2H2O為原料，溶劑乙二胺為溶劑，合成了粒徑約為10nm正斜方晶系的SnSe納米晶。采用X射線粉末

6、衍射、透射電鏡、原子力顯微鏡、紫外光譜和熒光光譜對所制備的產(chǎn)品進行了結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能的表征，同時研究了不同的硫(硒)源、反應(yīng)物濃度比、表面活性劑和輻照劑量對制備納米PbS、PbSe和SnSe的結(jié)構(gòu)和形貌的影響，同時提出了納米晶形成的機理。 將電子束輻射法應(yīng)用于金屬氧化物納米材料的制備。我們成功地制備了α-Fe2O3納米顆粒和SnO2納米棒，并對合成的材料進行了表征。采用DSC/TGA測試了α-Fe2O3納米顆粒熱穩(wěn)定性，計算

7、了γ-Fe2O3向α-Fe2O3相轉(zhuǎn)化的焓變。制備的二氧化錫納米棒直徑范圍40-60 nm，長度200nm。將制備的材料制作成氣敏元件，測量二氧化錫納米棒的氣敏性能。結(jié)果表明，二氧化錫納米棒傳感器對甲醛和甲醇?xì)怏w有較高的靈敏度，響應(yīng)時間短，而且回復(fù)時間快，表現(xiàn)出良好氣敏性能。這方面的工作未見文獻報道。 最后探索了電子束輻射法在傳感器件改性方面的應(yīng)用。研究了電子束輻照法對SnO2傳感器和ZnGa2O4傳感器氣敏性能的影響。結(jié)果表明