ZnS熒光量子點(diǎn)的油水界面法合成及發(fā)光性質(zhì)研究.pdf

1、熒光量子點(diǎn)是發(fā)光材料中的重要組成部分，它是指顆粒尺寸小于10 nm的半導(dǎo)體發(fā)光材料[1]。ZnS是Ⅱ-Ⅵ族寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體化合物[2]。在電致發(fā)光器件、激光二極管、半導(dǎo)體及光伏器件等方面具有廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，摻雜ZnS納米發(fā)光材料由于具有優(yōu)良的光致發(fā)光性能而在蛋白質(zhì)標(biāo)記、細(xì)胞生物學(xué)、基因組學(xué)等研究領(lǐng)域中有極大的應(yīng)用前景[3]。
　　 目前在ZnS熒光量子點(diǎn)的制備技術(shù)包括固相法、氣相法、有機(jī)溶劑法、溶膠-凝膠法、水熱法、微乳液

2、法等。其中水熱法、微乳液法在合成ZnS量子點(diǎn)方面較為常用，但水熱法操作不方便、顆粒易團(tuán)聚;微乳液法合成的納米材料具有很多優(yōu)異的性質(zhì)，但微乳液合成的納米顆粒產(chǎn)率相對較低。本課題采用油水界面法合成油相中分散的ZnS量子點(diǎn)，此方法反應(yīng)條件溫和，易于控制，與傳統(tǒng)方法相比具有很大的優(yōu)勢。本文著重研究了反應(yīng)物的濃度，添加劑的量，有機(jī)試劑等手段對ZnS量子點(diǎn)制備的影響。同時(shí)采用不同的金屬離子對油相的ZnS量子點(diǎn)進(jìn)行摻雜，并討論不同摻雜率對產(chǎn)物發(fā)光性能

3、的影響，得到不同摻雜離子的ZnS熒光量子點(diǎn)。
　　 本文主要的研究成果簡述如下:
　　 (1)采用油水界面法成功制備了油相的ZnS量子點(diǎn)，TEM圖表明，ZnS量子點(diǎn)的平均粒徑為3.3 nm且產(chǎn)物為單分散。通過多種手段考察了合成條件對納米顆粒的影響，[S2-]/[Zn2+]的濃度比在1.2∶1、Zn2+的摩爾濃度為0.02M、有機(jī)試劑為環(huán)己烷、反應(yīng)溫度為80℃、反應(yīng)時(shí)間為2h的條件下制備的ZnS量子點(diǎn)的發(fā)光性能最佳。同時(shí)探

4、討了焙燒對已制備的ZnS量子點(diǎn)形貌和尺寸的影響，焙燒溫度為100℃時(shí)，焙燒12h后量子點(diǎn)平均粒徑只增加了約1.0nm;焙燒溫度選擇150℃時(shí)，12h后樣品平均尺寸增加到460nm，達(dá)到亞微米級，但樣品分散性良好，形態(tài)保持近球型。
　　 (2)本文初步提出油水界面法制備量子點(diǎn)的機(jī)理。量子點(diǎn)在油水界面處可能的生成機(jī)制為:反應(yīng)開始前，反應(yīng)物擴(kuò)散至油水界面處的油相一側(cè)和水相一側(cè)，在界面處成核后，在油水界面處定向排列的表面活性劑對成核的吸

5、附主要表現(xiàn)為(a)快吸附和(b)慢吸附兩種吸附方式。(a)快吸附表現(xiàn)為:在油水界面處生成的核被表面活性劑迅速包覆而后進(jìn)入油相，所以很容易制得單分散的量子點(diǎn)。反應(yīng)物在溶劑中溶解性越好，擴(kuò)散到油水界面處的速率越快。同時(shí)當(dāng)反應(yīng)溫度較高時(shí)，表面活性劑更易到達(dá)油水界面處對產(chǎn)物進(jìn)行包覆，因此對成核的吸附方式表現(xiàn)為快吸附。(b)慢吸附表現(xiàn)為:反應(yīng)物沉積在所成的核上，量子點(diǎn)被表面活性劑包覆的同時(shí)在生長，當(dāng)量子點(diǎn)表面吸附的表面活性劑達(dá)到一定濃度時(shí)，粒徑略

6、微增大的粒子在表面活性劑的作用下自發(fā)地進(jìn)入油相，這時(shí)獲得的為多分散的量子點(diǎn)。所以，量子點(diǎn)成核后表面活性劑的包覆速度是決定量子點(diǎn)分散性的關(guān)鍵因素。本文在80℃時(shí)采用油水界面法制備ZnS量子點(diǎn)的過程中，表面活性劑對成核的吸附方式以快吸附為主，因此制得的產(chǎn)物呈現(xiàn)出良好的單分散性。
　　 (3)本文分別采用Mn2+、Eu3+對ZnS量子點(diǎn)進(jìn)行摻雜，得到ZnS∶Mn和ZnS∶Eu熒光量子點(diǎn)。 TEM圖表明，得到的ZnS∶Mn和ZnS∶Eu

7、熒光量子點(diǎn)的平均粒徑在3.3 nm。同時(shí)對Mn2+、Eu3+的摩爾摻雜率對摻雜ZnS熒光強(qiáng)度的影響作了討論，結(jié)果表明當(dāng)Mn2+、Eu3+的摩爾摻雜率分別為4.0％和5.0％時(shí)，摻雜ZnS熒光量子點(diǎn)分別在585 nm和616nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度最高。
　　 (4)本文同時(shí)采用Mn2+和Eu3+對ZnS量子點(diǎn)進(jìn)行摻雜，得到ZnS∶Mn，Eu共摻雜復(fù)合熒光量子點(diǎn)。并討論了Mn2+、Eu3+的摩爾摻雜率對ZnS∶Mn，Eu共摻雜復(fù)合熒光