掺杂ZnSe量子点的制备及其光学性能研究

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因量子点材料特殊的物理化学特性,近年来,关于量子点材料的研究引起国内外众多学者的极大兴趣。本论文围绕掺杂型ZnSe量子点的制备,量子点的荧光波长范围可延长至700 nm,以及量子点的光学性能开展研究。将制备的量子点溶液制备成薄膜,研究薄膜的光学性能和表面形貌。本论文的具体内容如下:(1)以巯基乙酸(Thioglycolic acid,TGA)作为表面配体,采用阳离子反注入水相法和生长掺杂的方式将铜杂质掺杂到ZnSe量子点中,制备荧光性能优异和无毒的ZnSe:Cu量子点。研究溶液p H值、反应温度和反应物摩尔比对ZnSe:Cu量子点微观结构和光学性能的影响。实验结果表明,反应溶液p H值为9,反应温度为90°C,反应物摩尔比为nZn2+:nCu2+=1:0.1,反应时间为2 h时,制备了导带-价带之间带边发射的ZnSe:Cu量子点。ZnSe:Cu量子点的平均粒径为3.0±0.2 nm,近似球形,属于立方闪锌矿结构。ZnSe:Cu量子点的中心发光波长为503 nm,半高宽为90 nm,荧光量子产率为20%,平均荧光寿命为113.8 ns。(2)以TGA作为表面配体,采用生长掺杂的方式将铜杂质和铟杂质共同掺杂到ZnSe量子点中,制备ZnSe:Cu,In量子点。研究溶液p H值、反应温度和反应物摩尔比对ZnSe:Cu,In量子点微观结构和光学性能的影响。实验结果表明,在反应溶液p H值为7.5,反应温度为90°C,反应物摩尔比为nZn2+:n Cu2+:n In3+=1:0.1:0.3,反应时间为2 h时,制备了性能优异的ZnSe:Cu,In量子点。量子点的平均粒径为4.29±0.2 nm,近似球形。量子点的中心发光波长为622 nm,半高宽为110 nm,荧光量子产率为12.4%,平均荧光寿命为139.05 ns。(3)采用光刻工艺在玻璃基板上制备了方形bank,之后采用旋涂-滴定法在bank中制备量子点薄膜。研究量子点墨水的浓度、薄膜的厚度和退火时间对量子点薄膜的光学性能和薄膜表面均匀性的影响。实验结果表明,ZnSe:Cu量子点薄膜和ZnSe:Cu,In量子点薄膜的墨水浓度比分别为1:3和1:2,膜厚为6.9μm,退火时间为20 min时,制备的薄膜发光性能和成膜质量最好。ZnSe:Cu量子点薄膜的透过率在60%以上,荧光寿命为47.64 ns,色坐标为(0.2183,0.4352);ZnSe:Cu,In量子点薄膜透过率在55%以上,荧光寿命为66.25ns,色坐标为(0.5569,0.384),用紫外LED激发ZnSe:Cu和ZnSe:Cu,In量子点薄膜可以将紫外光顺利转化为绿光和红光,为量子点与紫外LED结合实现LED的色彩转换提供理论基础,为显示应用提供了一种替代方法。
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