InP与ZnSe基荧光量子点的合成及其在指纹显现中的应用

论文摘要

半导体量子点一般指是由Ⅱ-Ⅵ族和Ⅲ-Ⅴ族等元素组成,粒径为2～10nm的零维纳米材料。由于其具有强的量子尺寸效应,在电子,光学和表面可修饰性方面显示出优越的性质,在光电转换、半导体器件及生物标记等领域,显示出极大的研究和应用价值。量子点作为一种新型的荧光材料,与传统的有机荧光染料相比,具有宽的激发光谱,窄而对称的发射光谱、高的荧光量子产率、荧光寿命长、光稳定性好等优点。半导体量子点的制备方法主要包括有机相合成、微乳液合成和水相合成等。由于有机相和微乳液合成等方法合成量子点条件苛刻,原料成本高,毒性大,限制了该方法的实际应用。采用简单的水相合成的量子点具有很好的生物相容性,可以直接应用于生物标记。对于Ⅱ-Ⅵ族的Cd系列量子点的研究目前已经比较成熟,但由于重金属Cd的毒性,限制了其作为生物标记材料的研究和应用。在本论文中,我们通过紫外光照和相转移方法合成了水溶性的InP/ZnS复合结构量子点及系列ZnSe基荧光量子点,这些量子点低毒或无毒,作为“绿色”荧光量子点,在生物标记领域具有更广阔的应用前景。同时我们对不同量子点的制备工艺、结构和荧光性能进行了系统的研究,并考察了其对各种客体指纹显现效果的影响。实验研究结果如下：1、分别采用溶剂热法和化学法合成了InP量子点,其中溶剂热合成中,以甲苯为溶剂,十二烷胺（DDA）为包覆剂,通过改变溶剂热合成温度（150℃、165℃、180℃）,可以得到颗粒尺寸为3-4nm的InP量子点,经巯基乙酸修饰后得到水溶性InP/ZnS量子点。不同温度合成InP后包覆的InP/ZnS量子点的荧光最佳发射波长分别为438nm,508nm和575nm。在紫外光照及弱碱条件下合成的水溶性InP/ZnS荧光量子点溶液可以清晰的显现出光滑客体表面的指纹细节。2、以硒粉、亚硫酸钠、硝酸锌和硝酸镉为原料,巯基乙酸为修饰剂,合成了粒径较小且分散均匀的ZnxCd1-xSe量子点水溶液,考察了反应时间、初始pH值和掺杂Cd含量的不同对ZnxCd1-xSe量子点粒径及荧光强度的影响。分析结果表明,合成量子点为球形,粒径为5nm左右,不同掺杂Cd含量的ZnxCd1-xSe量子点的荧光最佳发射波长随掺杂Cd含量增加由430nm红移到585nm。未掺杂的ZnSe量子点显现油汗指纹为蓝色,掺杂比例为Zn0.77Cd0.23Se量子点的指纹显现效果最好,ZnxCd1-xSe荧光量子点溶液可以清晰的显现出不同颜色的光滑客体表面的指纹细节,同时对血潜指纹的显现效果也较好。3、以Na2SeSO3为硒源,合成锰掺杂的水溶性Mn2+:ZnSe量子点。通过对不同修饰剂（巯基乙酸、巯基丙酸、巯基乙醇）的对比,以巯基丙酸（MPA）为修饰剂合成的Mn2+:ZnSe量子点最稳定,荧光强度最强,最佳荧光发射波长在485nm左右。XRD、TEM结果表明合成的Mn2+:ZnSe为球形颗粒,分散均匀。水溶性Mn2+:ZnSe量子点对不同客体的指纹显现效果较好,显现指纹较清晰。紫外光照合成的ZnSe/ZnS量子点荧光强度明显增强,其颗粒尺寸在4.8nm左右,显现指纹颜色为紫色或浅蓝色。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 量子点的研究背景
• 1.3 量子点概述
• 1.3.1 量子点的定义
• 1.3.2 量子点的基本性质
• 1.3.3 量子点的荧光特性和光致发光机理
• 1.3.4 量子点的制备
• 1.3.5 量子点的应用
• 1.4 半导体量子点发展现状
• 1.4.1 Ⅲ-Ⅴ族量子点的研究现状
• 1.4.2 Ⅱ-Ⅵ族Zn系列掺杂量子点的研究现状
• 1.5 指纹显现研究
• 1.5.1 指纹及指纹鉴定
• 1.5.2 指纹显现方法
• 1.6 本论文的研究目的和内容
• 1.6.1 本论文研究的目的
• 1.6.2 本论文研究的内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验试剂及仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验设备及分析仪器
• 2.2 实验内容
• 2.2.1 实验原理
• 2.2.2 实验步骤
• 2.2.3 量子点的表征
• 第三章 水溶性InP/ZnS量子点的合成及其在指纹显现中的应用
• 3.1 水溶性InP/ZnS量子点的研究
• 3.1.1 不同合成方案的选择
• 3.1.2 不同合成工艺条件下InP/ZnS量子点的荧光光谱
• 3.1.3 XRD表征
• 3.1.4 TEM和HRTEM表征
• 3.2 水溶性InP/ZnS量子点在指纹显现中的应用
• 3.3 InP/ZnS的荧光量子产率
• 3.4 本章小结
• xCd_1-xSe量子点合成及其在指纹显现中的应用'>第四章 ZnSe与Zn_xCd_1-xSe量子点合成及其在指纹显现中的应用
• xCd_1-xSe量子点的研究'>4.1 水溶性ZnSe与Zn_xCd_1-xSe量子点的研究
• 4.1.1 光谱特性表征
• 4.1.2 XRD表征
• 4.1.3 TEM和HRTEM表征
• 4.1.4 FT-IR表征
• xCd_1-xSe量子点溶液在指纹显现中的应用'>4.2 水溶性ZnSe及Zn_xCd_1-xSe量子点溶液在指纹显现中的应用
• xCd_1xSe量子点在油印指纹中的显现'>4.2.1 ZnSe及Zn_xCd_1xSe量子点在油印指纹中的显现
• xCd_1xSe量子点在血指纹中的显现'>4.2.2 Zn_xCd_1xSe量子点在血指纹中的显现
• xCd_1-xSe量子点荧光量子产率'>4.3 Zn_xCd_1-xSe量子点荧光量子产率
• 4.4 本章小结
• 2+:ZnSe、Cu²⁺:ZnSe与核壳ZnSe/ZnS量子点的合成及其在指纹显现中应用'>第五章 掺杂Mn²⁺:ZnSe、Cu²⁺:ZnSe与核壳ZnSe/ZnS量子点的合成及其在指纹显现中应用
• 2+:ZnSe量子点的研究'>5.1 水溶性Mn²⁺:ZnSe量子点的研究
• 5.1.1 光谱特性表征
• 5.1.2 XRD表征
• 2+:ZnSe量子点在指纹显现中的应用'>5.1.3 Mn²⁺:ZnSe量子点在指纹显现中的应用
• 5.2 水溶性ZnSe/ZnS量子点的研究
• 5.2.1 光谱特性表征
• 5.2.2 XRD表征
• 5.2.3 ZnSe/ZnS量子点在指纹显现中的应用
• 2+:ZnSe量子点的研究'>5.3 水溶性Cu²⁺:ZnSe量子点的研究
• 5.3.1 XRD表征
• 5.3.2 荧光表征
• 2+:ZnSe量子点在指纹显现中的应用'>5.3.3 Cu²⁺:ZnSe量子点在指纹显现中的应用
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 导师与作者介绍
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书