论文摘要
半导体纳米材料呈现出许多新奇的特性,在光学、电学、磁学、催化、医药等方面具有极为广阔的应用前景。半导体纳米材料的制备是纳米材料研究领域的热点之一。现有的半导体纳米材料制备方法存在着工艺复杂、条件苛刻、产率低等问题,我们采用电子束辐射法制备半导体纳米材料。该法具有鲜明的特点:制备工艺简单,可在常温下操作,不加入任何催化剂和有毒试剂,制备周期短,产物的物相、形貌可控,可用于工业规模生产。在本论文工作中,首次采用电子束辐射法合成了水溶性具有发光量子产率高的蓝色荧光CdSe量子点,这在生物标记研究中具有重要的意义;首次采用电子束辐射法合成了一系列硫族化合物和金属氧化物半导体纳米材料,制备的纳米晶颗粒细小、分散性良好,反应时间短,具有工业化大规模生产的前景;探索了电子束辐射法在传感器件改性方面的应用,电子束辐照对表面电导型传感器的气敏性能有明显的改善。本研究拓展了辐射化学应用的领域,同时也为其它材料的合成提供了新的方法和思路。本论文主要内容归纳如下:以Cd（Ac）2·3H·2O和Na2SeO3为反应源,首次采用电子束辐射法制备了CdSe纳米晶。通过选择不同的络合剂,制备出晶型和光学性能不同的CdSe纳米晶。当以氨水作为络合剂,在电子束辐照下制备了具有良好的单分散性,粒径约10 nm的六方纤维锌矿型CdSe纳米晶。随着电子束辐照剂量的增加,晶型由六方型逐渐向立方型转变。紫外可见光谱和荧光光谱表明,与相应的体材料相比其吸收峰发生了明显蓝移。纳米发光量子点用于生物标记研究中,对多色生物标记研究和疾病诊断学的发展具有重要意义。但是目前半导体纳米发光量子点的合成工作大多数是在非水体系中进行的,从而合成的这类发光量子点不能直接用于水溶性的生物体系研究中。因此合成水溶性具有发光量子产率高的半导体纳米量子点就成为新的研究热点之一。我们对前面的实验进行了改进,选择EDTA为络合剂和表面修饰剂,在电子束辐照下室温水相中制备了闪锌矿型的蓝色荧光CdSe量子点。量子点具有良好的单分散性,粒径约2～3 nm,荧光量子效率达21.63%。有较好的水溶性,量子点表面包覆的EDTA外端的羧基能直接与生物分子的氨基相结合,可以作为荧光探针应用于生物体系。首次采用电子束辐射法分别制备了硫化铅、硒化铅和硒化锡纳米半导体材料。选择硫代乙酰胺为合适的硫源,醋酸铅为铅源,采用电子束辐射法一步合成了硫化铅纳米晶。以硒粉和醋酸铅为原料,制备了粒径约为20nm球形的立方PbSe纳米晶。以Se粉和SnCl2·2H·2O为原料,溶剂乙二胺为溶剂,合成了粒径约为10nm正斜方晶系的SnSe纳米晶。采用X射线粉末衍射、透射电镜、原子力显微镜、紫外光谱和荧光光谱对所制备的产品进行了结构、形貌和光学性能的表征,同时研究了不同的硫（硒）源、反应物浓度比、表面活性剂和辐照剂量对制备纳米PbS、PbSe和SnSe的结构和形貌的影响,同时提出了纳米晶形成的机理。将电子束辐射法应用于金属氧化物纳米材料的制备。我们成功地制备了α-Fe2O3纳米颗粒和SnO2纳米棒,并对合成的材料进行了表征。采用DSC/TGA测试了α-Fe2O3纳米颗粒热稳定性,计算了γ-Fe2O3向α-Fe2O3相转化的焓变。制备的二氧化锡纳米棒直径范围40-60 nm,长度200nm。将制备的材料制作成气敏元件,测量二氧化锡纳米棒的气敏性能。结果表明,二氧化锡纳米棒传感器对甲醛和甲醇气体有较高的灵敏度,响应时间短,而且回复时间快,表现出良好气敏性能。这方面的工作未见文献报道。最后探索了电子束辐射法在传感器件改性方面的应用。研究了电子束辐照法对SnO2传感器和ZnGa2O4传感器气敏性能的影响。结果表明,在电子束辐照下,随着辐照剂量的增加,SnO2传感器和ZnGa2O4传感器的灵敏度显著提高。电子束辐照能显著提高传感器的气体选择性、响应—恢复特性、降低传感器的工作温度,且辐照后的传感器有较好的稳定性。讨论了电子束辐照改性传感器机理。研究表明电子束辐照对表面电导型传感器的性能的改善具有重要意义。
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摘要ABSTRACT目录第一章 绪论1.1 课题来源1.2 课题研究的目的和意义1.2.1 半导体纳米材料的发展1.2.2 半导体纳米粒子的基本性质1.2.3 半导体纳米材料的特性1.2.4 半导体纳米制备方法的研究意义1.3 国内外研究概况1.4 本论文的选题背景和研究内容参考文献第二章 电子束辐射法制备硫化铅半导体纳米材料2.1 引言2.2 实验2.2.1 试剂和仪器2.2.2 制备过程2.2.3 产物表征2.3 结果和讨论2.3.1 辐射法制备的硫化铅纳米晶体表征分析2.3.2 硫源对制备硫化铅纳米晶体的影响2.3.3 表面活性剂对制备硫化铅纳米晶体的影响2.3.4 反应物浓度比对制备硫化铅纳米晶体的影响2.3.5 反应机理2.4 本章小结参考文献第三章 电子束辐射法制备硒化镉半导体纳米材料3.1 氨水为络合剂采用电子束辐射法制备CdSe纳米材料3.1.1 引言3.1.2 实验3.1.2.1 试剂和仪器3.1.2.2 CdSe量子点的制备3.1.2.3 表征与测试3.1.3 结果与讨论3.1.3.1 X射线粉晶衍射分析3.1.3.2 透射电镜分析3.1.3.3 CdSe纳米晶的光学性质3.1.3.4 辐照剂量对电子束辐射法制备的CdSe纳米晶的影响3.1.3.5 反应机理3.2 EDTA为表面修饰剂采用电子束辐射法在水相中合成发射蓝光的CdSe量子点3.2.1 引言3.2.2 实验3.2.2.1 试剂3.2.2.2 CdSe量子点的制备3.2.2.3 表征与测试3.2.3 结果与讨论3.2.3.1 X射线粉晶衍射分析3.2.3.2 透射电镜和原子力显微镜分析3.2.3.3 红外光谱分析3.2.3.4 CdSe量子点光学性质3.2.3.5 pH值对电子束辐射法制备的CdSe量子点的影响3.2.3.6 反应机理3.3 本章小结参考文献第四章 电子束辐射法制备硒化铅半导体纳米材料4.1 引言4.2 实验4.2.1 试剂和仪器4.2.2 制备过程4.2.3 产物表征4.3 结果和讨论4.3.1 辐射法制备的硒化铅纳米晶体的表征和光学性能分析4.3.2 表面活性剂对制备硒化铅纳米晶体的影响4.3.3 辐射剂量对制备硒化铅纳米晶体的影响4.3.4 反应机理4.3.5 辐照法与化学法的对比实验4.4 本章小结参考文献第五章 电子束辐射法制备硒化锡半导体纳米材料5.1 引言5.2 实验5.2.1 试剂和仪器5.2.2 制备过程5.2.3 产物表征5.3 结果和讨论5.3.1 辐射法制备的硒化锡纳米晶体表征和光学性能分析5.3.2 辐射剂量对制备SnSe纳米晶体的影响5.3.3 反应机理5.4 本章小结参考文献第六章 电子束辐射法制备氧化铁半导体纳米材料6.1 引言6.2 实验6.2.1 实验试剂与仪器6.2.2 实验方法6.3 结果和讨论6.3.1 X射线衍射分析6.3.2 透射电镜和原子力显微镜分析6.3.3 红外光谱分析6.3.4 DSC/TGA分析6.4 本章小结参考文献第七章 电子束辐射法制备二氧化锡纳米半导体材料7.1 引言7.2 实验7.2.1 试剂和仪器7.2.2 二氧化锡纳米棒制备过程7.2.3 产物表征7.2.4 气敏性能测试7.3 结果和讨论7.3.1 辐射法制备的二氧化锡纳米晶体的结构和形貌的表征7.3.2 电子束辐射法制备的二氧化锡纳米棒的生长机理2纳米棒的气敏性能测试'>7.3.3 电子束辐射法制备SnO2纳米棒的气敏性能测试7.4 本章小结参考文献第八章 电子束辐射改性传感器件的气敏特性8.1 电子束辐射改性二氧化锡传感器的气敏特性8.1.1 引言8.1.2 实验8.1.2.1 试剂和材料8.1.2.2 仪器和设备8.1.2.3 实验过程8.1.3 结果和讨论2传感器灵敏性能的影响'>8.1.3.1 辐照剂量对SnO2传感器灵敏性能的影响2传感器气体选择性的影响'>8.1.3.2 辐照剂量对SnO2传感器气体选择性的影响2传感器响应—恢复特性的影响'>8.1.3.3 辐照剂量对SnO2传感器响应—恢复特性的影响2传感器的稳定性'>8.1.3.4 辐照后SnO2传感器的稳定性8.1.3.5 机理分析2O4传感器的气敏特性'>8.2 电子束辐照改性ZnGa2O4传感器的气敏特性8.2.1 引言8.2.2 实验8.2.2.1 试剂和材料8.2.2.2 仪器和设备8.2.2.3 实验过程8.2.3 结果和讨论2O4传感器气敏性能的影响'>8.2.3.1 电子束辐照对ZnGa2O4传感器气敏性能的影响2O4传感器灵敏性能的影响'>8.2.3.2 辐照剂量对ZnGa2O4传感器灵敏性能的影响2O4传感器工作温度的影响'>8.2.3.3 电子束辐照对ZnGa2O4传感器工作温度的影响2O4传感器响应—恢复特性的影响'>8.2.3.4 电子束辐照对ZnGa2O4传感器响应—恢复特性的影响2O4传感器的稳定性'>8.2.3.5 电子束辐照后的ZnGa2O4传感器的稳定性8.2.3.6 机理分析8.3 本章小结参考文献第九章 全文结论与展望9.1 全文结论9.2 特色和创新之处9.3 展望作者在攻读博士学位期间公开发表的论文作者在攻读博士学位期间申请和授权的专利作者在攻读博士学位期间参加的项目致谢
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