Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米晶的合成及其在聚合物体系中的复合

论文摘要

无机半导体纳米晶具有依赖于尺寸的优异的光电性质,在荧光编码、生物标记、荧光显示和可调激光器等方面显示出广阔的应用前景。如何提高纳米晶的质量,即提高其稳定性、量子效率、尺寸分散性等是纳米晶合成领域追求的一个目标;同时,由于胶体化学法合成的纳米晶是分散在溶液中的,具有自身的不稳定性,严重限制了其应用范围,因此,将纳米晶和其它材料复合,保护纳米晶免受外界环境的破坏,提高其稳定性,实现不同材料功能间的集成,是实现纳米晶在多领域应用的前提。本论文一方面从提高纳米晶单分散性出发,合成了具有单一尺寸的魔尺寸（magic-size）CdS纳米晶,纳米晶的紫外吸收和荧光发射半峰宽都降到了10 nm以内,探索了魔尺寸纳米晶的生成机理;另一方面广泛地研究了纳米晶和一系列聚合物基质结构,如微球、纤维及胶囊等的复合方法,通过对纳米晶进行表面改性、增加纳米晶和聚合物之间相互作用、避免纳米晶直接参加聚合反应和采取适当的物理加工方法等,解决了复合中常遇到的由于纳米晶的氧化、分解、聚集等导致的荧光淬灭等问题,实现了纳米晶在多种聚合物基质结构上的可控复合,为扩展纳米晶的应用领域奠定了基础。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 第一节 半导体纳米晶的结构和性质
• 1.1.1 量子尺寸效应
• 1.1.2 表面效应
• 1.1.3 半导体纳米晶的荧光性质及荧光共振能量转移
• 第二节 特殊结构纳米晶
• 1.2.1 核壳结构的纳米晶
• 1.2.2 合金纳米晶
• 1.2.3 魔尺寸（Magic-size）纳米晶
• 第三节 半导体纳米晶合成方法的发展
• 1.3.1 油相合成方法的进展
• 1.3.2 水相合成方法的进展
• 第四节 纳米晶的生长机理
• 1.4.1 纳米晶生长的动力学
• 1.4.2 纳米晶生长的热力学
• 第五节 半导体纳米晶与其它材料的复合及应用开发
• 1.5.1 纳米晶的纯化
• 1.5.2 纳米晶的表面改性及与其它材料的组装复合
• 1.5.3 纳米晶的应用对基质材料和基质结构的依赖性
• 第六节 本论文的选题及设计思路
• 第二章 魔尺寸CdS 纳米晶的合成与表征
• 第一节 魔尺寸CdS 纳米晶的合成方法
• 2.1.1 药品
• 2.1.2 仪器
• 2.1.3 样品合成
• 2.1.4 样品的纯化
• 2.1.5 样品的表征方法
• 第二节 魔尺寸CdS 纳米晶的合成条件及生长机理
• 2.2.1 酸与镉投料比的影响
• 2.2.2 镉与硫投料比的影响
• 2.2.3 加热方式的影响
• 2.2.4 反应物整体浓度的影响
• 2.2.5 魔尺寸CdS 纳米晶的生长机理
• 第三节 魔尺寸CdS 纳米晶的表征
• 第四节 本章小结
• 第三章 CdTe 纳米晶与聚合物微球的复合
• 第一节 基于静电相互作用制备CdTe 纳米晶-聚合物纳米复合微球
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.1.1 原料
• 3.1.1.2 测试仪器
• 3.1.1.3 CdTe 纳米晶的合成
• 3.1.1.4 聚苯乙烯纳米微球的合成
• 3.1.1.5 CdTe 纳米晶和聚苯乙烯纳米微球的复合
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.2.1 无皂乳液聚合机理及加入离子型共聚单体的影响
• 3.1.2.2 表面带正电的聚苯乙烯微球及表征
• 3.1.2.3 渗析对吸附过程及复合微球光谱的影响
• 3.1.2.4 纳米晶-聚合物纳米复合微球透射电镜及扫描电镜的表征
• 3.1.2.5 微球对纳米晶的保护作用
• 3.1.2.6 CdTe 纳米晶-聚合物纳米微球在制备透明膜层中的应用
• 第二节 溶胀法制备CdTe 纳米晶-聚合物亚微米级复合微球
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 原料
• 3.2.1.2 测试仪器
• 3.2.1.3 CdTe 纳米晶的合成
• 3.2.1.4 十八烷基-对乙烯基卞基-二甲基氯化铵（OVDAC）的合成
• 3.2.1.5 十八烷基-卞基-二甲基氯化铵（OBDAC）的合成
• 3.2.1.6 CdTe 纳米晶的相转移
• 3.2.1.7 亚微米级聚苯乙烯微球的制备
• 3.2.1.8 溶胀法将纳米晶和聚苯乙烯微球复合
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 溶胀溶剂的选择
• 3.2.2.2 纳米晶萃取前后的光谱变化
• 3.2.2.3 纳米晶在微球上的浓度及荧光的控制
• 3.2.2.4 纳米晶在微球上的稳定性
• 第三节 乳化-蒸发溶剂的方法制备CdTe-聚合物微米级微球
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.1.1 原料
• 3.3.1.2 测试仪器
• 3.3.1.3 CdTe 纳米晶的合成
• 3.3.1.4 季铵盐十八烷基-对乙烯基卞基-二甲基氯化铵（OVDAC）的合成
• 3.2.1.5 苯乙烯-季铵盐共聚物的合成及与纳米晶的复合
• 3.2.1.6 CdTe 纳米晶-聚合物微米级微球的制备
• 3.3.2 结果和讨论
• 3.3.2.1 复合物光谱性质表征
• 3.3.2.2 复合物溶液浓度的影响
• 3.3.2.3 聚乙烯醇（PVA）浓度的影响
• 3.3.2.4 搅拌速度的影响
• 第四节 本章小结
• 第四章 CdTe 纳米晶与聚合物纤维的复合及在温度响应材料上的应用
• 第一节 静电纺丝法制备CdTe 纳米晶-聚合物复合纤维
• 4.1.1 实验部分
• 4.1.1.1 原料
• 4.1.1.2 测试仪器
• 4.1.1.3 CdTe 纳米晶的合成
• 4.1.1.4 CdTe 纳米晶-聚乙烯醇（聚乙烯基吡咯烷酮）聚合物纤维的制备
• 4.1.1.5 CdTe 纳米晶-聚甲基丙烯酸甲酯聚合物纤维的制备
• 4.1.1.6 CdTe 纳米晶-聚合物复合膜层的制备
• 4.1.1.7 CdTe 纳米晶-聚合物复合纤维和膜层的表征
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.1.2.1 复合纤维的形貌表征
• 4.1.2.2 复合纤维的荧光性质
• 4.1.2.3 纳米晶在纤维内具有良好分布状态的原因
• 第二节 CdTe 纳米晶在固态聚合物中的生长及在热响应领域的应用
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.1.1 原料
• 4.2.1.2 仪器设备
• 4.2.2 结果和讨论
• 4.2.2.1 CdTe 纳米晶-聚乙烯醇复合纤维的热学性质表征
• 4.2.2.2 CdTe 纳米晶在聚合物中生长的表征
• 4.2.2.3 聚合物在CdTe 纳米晶生长中所起的作用
• 4.2.2.4 CdTe 纳米晶在聚合物中生长速度随温度的变化
• 4.2.2.5 CdTe 纳米晶-聚合物在热检测上的应用
• 第三节 本章小结
• 第五章 CdSe/ZnS 纳米晶与聚合物微胶囊的复合
• 6的合成及表面双键改性'>第一节 CB₆的合成及表面双键改性
• 5.1.1 实验部分
• 5.1.1.1 原料
• 5.1.1.2 仪器
• 6 的合成及表征'>5.1.1.3 CB₆的合成及表征
• 6（CB₆-OH）的合成及表征'>5.1.1.4 Perhydroxyl-CB₆（CB₆-OH）的合成及表征
• 6 的合成及表征'>5.1.1.5 Allyl-CB₆的合成及表征
• 6微胶囊的复合及表征'>第二节 CdSe/ZnS 纳米晶与聚CB₆微胶囊的复合及表征
• 5.2.1 实验部分
• 5.2.1.1 原料
• 5.2.1.2 测试仪器
• 6 微胶囊的复合'>5.2.1.3 CdSe/ZnS 纳米晶与聚CB₆微胶囊的复合
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.2.2.1 微胶囊形成过程的研究
• 5.2.2.2 纳米晶的荧光变化
• 第三节 本章小结
• 参考文献
• 作者简历及研究成果
• 致谢
• 中文摘要
• 英文摘要