ZnSe量子点制备及光声与光伏特性研究

【摘要】：本文选取L-半胱氨酸(L-Cys)为配体(修饰剂或保护剂),采用水相合成法制备Zn Se量子点。以制备过程中的回流温度、Zn前体pH值、回流时间、配体L-半胱氨酸的比例分别为单一变量,以光声光谱(PA)和表面光电压谱(SPS)为主要分析手段分析量子点样品的光声与光伏特性。借助X射线衍射(XRD)表征方法鉴定ZnSe量子点样品的晶体结构和粒径大小。分析得出随回流温度、p H值、回流时间和配体比例变化所制得的样品都为立方闪锌矿结构,样品粒子尺寸分别为2.4—3.0nm、2.45—2.52nm、2.48—2.53nm、2.48—2.53nm,粒径总体小于3nm,证实所制的样品确属量子点尺寸范畴。利用透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和电子衍射花样分析得到样品近似为球形、分布均匀且为多晶结构。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman)分析样品的成分与成键情况,实验分析得出,样品为类ZnSe/ZnS/配体的核/壳式结构。主要借助PA、SPS分析样品受调制光照射后的跃迁机制与能量转换行为,通过分析得出,样品在300-400nm、700-800nm光波长范围内受激辐射主要以晶格振动所致的无辐射跃迁释放能量;而在400-550nm光波长范围内则主要以辐射发光的方式释放能量;另外550-700nm光波长范围内,受激辐射为辐射跃迁加无辐射跃迁同时进行释放能量。证明了PA谱与SPS谱呈现能量互补关系,样品具有优异的能量转换效率。借助场诱导表面光电压谱(EFISPS)分析得出样品表现为N型半导体光伏特性。实验以90度制备的量子点为测试样品,测试不同调制频率10-90Hz的光声光谱,分析得出光声响应与调制频率的关系很好地符合光声光热经典理论:R-G理论,并且证明30Hz左右的调制频率为仪器的最适宜调制频率。 【关键词】：ZnSe量子点 光声光谱 表面光电压谱 调制频率 能量转换效率
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 量子点11-18
• 1.1.1 量子点介绍11-12
• 1.1.2 量子点的基本特征12-15
• 1.1.2.1 量子尺寸效应12-13
• 1.1.2.2 小尺寸效应13
• 1.1.2.3 表面与界面效应13-14
• 1.1.2.4 介电限域效应14
• 1.1.2.5 宏观量子隧道效应14-15
• 1.1.3 量子点的光学特性15-17
• 1.1.3.1 量子点的发光原理15-17
• 1.1.3.2 量子点的发光特性17
• 1.1.4 量子点的核壳结构17-18
• 1.2 ZnSe量子点18-21
• 1.2.1 ZnSe的晶体结构及能带结构18-19
• 1.2.2 ZnSe量子点的研究现状及进展19-20
• 1.2.3 ZnSe量子点的应用20-21
• 1.3 本文的主要研究内容及研究意义21-23
• 第2章 ZnSe量子点制备方法与实验原料和实验仪器23-29
• 2.1 ZnSe量子点的制备方法23-26
• 2.1.1 水相合成法23-24
• 2.1.2 金属有机溶剂法24-25
• 2.1.3 水热溶剂热法25
• 2.1.4 溶胶-凝胶法25
• 2.1.5 分子束外延法25-26
• 2.2 ZnSe量子点的制备26-29
• 2.2.1 实验原料与仪器26-27
• 2.2.2 制备ZnSe量子点27-29
• 第3章 ZnSe量子点的表征技术与原理29-44
• 3.1 成分与结构表征技术29-32
• 3.1.1 X射线衍射(XRD)谱29
• 3.1.2 透射电镜(TEM)29-30
• 3.1.3 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱30-31
• 3.1.4 拉曼(Raman)光谱31-32
• 3.2 光声光谱检测原理32-41
• 3.2.1 光声效应理论33-39
• 3.2.1.1 圆柱形光声腔的光声信号推导33-36
• 3.2.1.2 声的激发36-38
• 3.2.1.3 光声信号特殊解38-39
• 3.2.2 光声光谱(PA)测试系统介绍39-41
• 3.3 表面光电压的原理41-44
• 3.3.1 表面光伏效应的产生机理41
• 3.3.2 场效应原理41-42
• 3.3.3 表面光电压的测量原理42-44
• 3.3.3.1 测试原理42-43
• 3.3.3.2 测试技术43
• 3.3.3.3 表面光电压谱(SPS)的测试方法43-44
• 第4章 ZnSe量子点的微结构及光声与光伏特性分析44-73
• 4.1 回流温度对ZnSe量子点的影响44-52
• 4.1.1 XRD分析44-45
• 4.1.2 TEM分析45-46
• 4.1.3 FT-IR分析46-48
• 4.1.4 Raman分析48-50
• 4.1.5 PA与SPS分析50-51
• 4.1.6 场诱导表面光电压谱(EFISPS)分析51-52
• 4.2 pH值对ZnSe量子点的影响52-58
• 4.2.1 XRD分析52-53
• 4.2.2 FT-IR分析53-54
• 4.2.3 Raman分析54-56
• 4.2.4 PA与SPS分析56-58
• 4.3 回流时间对ZnSe量子点的影响58-64
• 4.3.1 XRD分析58-59
• 4.3.2 FT-IR分析59-60
• 4.3.3 Raman分析60-62
• 4.3.4 PA与SPS分析62-64
• 4.4 配体L-半胱氨酸(L-Cys)比例对ZnSe量子点的影响64-70
• 4.4.1 XRD分析64-66
• 4.4.2 FT-IR分析66-67
• 4.4.3 Raman分析67-69
• 4.4.4 PA与SPS分析69-70
• 4.5 斩波频率对ZnSe量子点光声光谱(PA)的影响70-71
• 4.6 本章小结71-73
• 结论73-74
• 参考文献74-82
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果82-83
• 致谢83

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