Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料的合成和光学性能的研究

论文摘要

半导体纳米材料因其独特的光、电、磁以及机械性能,在纳米光学器件和功能材料等诸多领域显示了潜在的广阔应用前景。近年来,由于Ⅱ—Ⅵ族半导体纳米材料在光电子等领域所表现出的独特的性质,受到了越来越多研究者的关注。CdS、ZnS、ZnSe等作为重要Ⅱ—Ⅵ族半导体纳米材料,其形貌结构往往与它们的性质紧密联系。因此,如何控制反应条件得到形貌和尺寸可控的半导体纳米材料仍然是一个巨大的挑战。对于水热-溶剂热法而言,在实验过程中影响产物最终形貌结构的因素通常有以下几点,如反应原料、反应温度、溶剂环境、表面修饰物等等。所以在本文中,我们对其中一些因素对产物的影响进行了研究,并通过XRD、光致发光光谱、紫外可见吸收光谱、拉曼光谱、扫描电镜图等进行了表征和研究,分析其可能的生长机理。本文的主要研究工作和取得的主要成果体现在以下几个方面:1.以半胱氨酸为硫源,在不同比例的乙二胺和水的混合溶剂中合成由纳米线自组装而成的CdS微球,研究溶剂配比对产物形貌的影响,分析微球生长机理,并研究了形貌改变对其光学性质的影响,同时对其在光伏效应、光催化等方面的应用前景进行分析;然后对其进行高温热处理,改善结晶度,从而达到提高发光性能的目的,研究热处理过程中温度和时间的不同对其形貌和发光性能的影响。2.在乙二胺与水的混合溶剂中制备了絮状结构的ZnS微球,然后通过对比实验,在不同溶剂或者不同硫源的条件下合成制备了具有不同形貌结构的ZnS产物,并就这些因素对其形貌结构的影响进行了系统的分析,然后对它们的发光性能进行了研究。3.制备了掺杂Mn的ZnSe纳米棒,并对其形貌结构等进行了表征,提出了合理的生长机理,研究其发光性能与Mn掺杂量之间的关系,并作出了合理的理论解释;同时还制备了掺杂Mn的ZnS纳米材料,并对其形貌、结构以及光学性质进行了表征和分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米材料的基本结构性能
• 1.3 纳米材料的光学特性
• 1.4 纳米材料的合成方法
• 1.4.1 物理方法
• 1.4.2 化学方法
• 1.5 纳米材料的应用
• 1.5.1 纳米微粒在光催化和环保领域的应用
• 1.5.2 纳米器件应用
• 1.5.3 纳米材料在医学方面的应用
• 1.5.4 纳米传感器
• 1.5.5 纳米晶太阳能电池
• 1.6 纳米材料的表征方法
• 1.6.1 X射线衍射仪（XRD）
• 1.6.2 透射电镜（TEM）
• 1.6.3 场发射扫描电子显微镜（FESEM）
• 1.6.4 紫外-可见吸收光谱仪（UV-Vis）
• 1.6.5 近场扫描光学显微镜（NSOM）
• 1.7 本课题的选题背景及研究内容
• 第二章 CdS自组装微球的合成表征及光电性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品
• 2.2.2 实验过程
• 2.2.3 样品的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 样品的结构和形貌分析
• 2.3.2 CdS自组装微球的生长机理
• 2.3.3 不同溶剂环境对CdS光学性质的影响
• 2.3.4 CdS微球的拉曼光谱、表面光伏特性及光催化性质的研究
• 2.3.5 热处理后CdS微球的形貌、结构及光学性质的表征
• 2.4 本章小结
• 第三章 ZnS自组装微球的合成表征及机理研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.3 样品的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样品的结构和形貌分析
• 3.3.2 不同实验条件对ZnS形貌结构的影响
• 3.3.3 不同实验条件下各种形貌的ZnS生长机理的分析
• 3.3.4 不同实验条件对ZnS光学性质的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 掺杂纳米材料ZnSe:Mn和ZnS:Mn的合成表征及光学性质的研究
• 4.1 引言
• 4.2 ZnSe:Mn纳米棒的合成与表征
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.3 ZnS:Mn微球的合成与表征
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢