基本信息
- 項目名稱：
- ZnCdS:Mn/ZnS量子點的合成及其LED應用
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 我們利用核殼結構量子點的思路，通過二次加鋅技術使ZnCdS:Mn量子點表面再生成一層ZnS殼層，合成ZnCdxS:Mn/ZnS (0≤x<1)核殼結構量子點量子效率超過20%，并具有高的熒光穩(wěn)定性，我們利用鎘離子含量對量子點發(fā)光特性的影響從而用量子點改裝藍光LED，提高了LED的流明度，結果表明了所合成的量子點在電致發(fā)光領域的潛在應用價值。
- 詳細介紹：
- 量子點在能源和生命科學領域有巨大應用前景，而摻雜量子點相比于傳統(tǒng)量子點具有熱穩(wěn)定性高，毒性低等特點，是近來的研究熱點之一。水熱法合成量子點具有成本低，易操作，且分散性，水溶性好等優(yōu)勢，但其產品往往容易出現(xiàn)尺寸大小不一，表面結構不夠穩(wěn)定，不能長久保存，容易團聚，量子效率不夠高等缺點。 我們利用多次加鋅制備核殼結構量子點的技術成功實現(xiàn)了水熱法制備高量子效率ZnCdS:Mn/ZnS量子點，其熒光效率超過20%，尺寸在4—6nm之間，分散性良好。核殼結構技術的實現(xiàn)很好的鈍化量子點的表面缺陷，大大降低了其非輻射衰減，有效的提高了激子與Mn2+之間的能量傳遞效率，使得其熒光效率在ZnCdS:Mn核量子點基礎上提高了21倍，在室溫下的保存期期由ZnCdS:Mn核量子點的幾個小時提高到ZnCdS:Mn/ZnS的一年以上；而且ZnCdS:Mn/ZnS系列量子點的吸收帶邊可以通過控制Cd2+ 的濃度而改變。因此，我們利用ZnCd0.5S:Mn/ZnS量子點改裝了紫光LED，大大提高了LED的流明度，表明了所合成的量子點在電致發(fā)光領域的應用價值。而量子點發(fā)出的是冷熒光，用其改造的LED相比于當今照明工具而言，其熱輻射和污染都小很多，成為目前節(jié)能及環(huán)保領域的研究熱點。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 摻雜量子點成為近年來量子點領域的研究熱點之一。由于量子點的“自凈化作用”，雜質離子往往只能粘覆在其表面而無法進入激子的內部，雜質離子容易被氧化而淬滅其熒光特性，嚴重影響摻雜量子點的熒光性質。 我們利用核殼結構思路鈍化量子點的表面特性，大大提高其熒光效率及其穩(wěn)定性，并利用所合成的量子點改造藍光LED，證明其切實可行性
科學性、先進性及獨特之處
- 多次加鋅制備核殼結構量子點的技術成功實現(xiàn)了制備高量子效率ZnCdS:Mn/ZnS量子點，其熒光效率超過20%。核殼結構很好的鈍化量子點的表面缺陷，降低其非輻射衰減，使得其熒光效率在ZnCdS:Mn核量子點基礎上提高了21倍；我們利用ZnCd0.5S:Mn/ZnS量子點改裝了紫光LED，大大提高了LED的流明度，表明了所合成的量子點在電致發(fā)光領域的應用價值。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 水熱法易操作，可重復性高，適合大規(guī)模生產；而熒光效率高，分散性良好的水溶性量子點是生物熒光探針和電致發(fā)光薄膜的理想材料，利用量子點改造的LED大大提高了流明度，說明ZnCdxS:Mn/ZnS系列量子點在電致發(fā)光和節(jié)能環(huán)保領域的具有很大的應用前景。
學術論文摘要
- 利用水熱法制備出量子效率超過20%，穩(wěn)定性高，分散性良好的 ZnCdS:Mn/ZnS 核殼結構量子點，通過對量子點熒光強度和熒光壽命的測量與分析研究了ZnS殼層對于ZnCdS:Mn/ZnS量子點中Mn2+ 發(fā)光的顯著增強特性，相對于ZnCdS:Mn核量子點，ZnS殼層的生成大大的減小了量子點熒光特性的非輻射衰減，使得Mn2+的熒光效率增加了21倍。而且ZnCdS:Mn/ZnS量子點的吸收帶邊和激發(fā)波長均可以通過控制Cd2+ 的濃度而改變，基于此，我們進一步研究了該系列量子點在量子點發(fā)光二極管等領域的應用前景。
獲獎情況
- 1.2010年2月6號發(fā)表于SCI期Chemical Physics Letters（影響因子2.3）； 2.2010年8月31號通過國家知識產權局發(fā)明專利初審。
鑒定結果
- 結果屬實
參考文獻
- [1]Jialong Zhao, Julie A. Bardeck erandrea M. Munro, Michelle S. Liu, Yuhua Niu, I-Kang Ding, Jingdong Luo, Baoquan Chen, Alex K.-Y. Jen and David S. Ginger. Efficient CdSe/CdS Quantum Dot Light-Emitting Diodes Using a ThermallyPolymerized Hole Transport Layer. Nano Lett. 2006, 3(6):463-467. [2]Xue-Feng Yu, Xiao-Niu Peng, Zhen-Qian Chen, Chao Lian,1 Xiong-Rui Su,Jian-Bo Li, Min Li, Bao-Li Liuand Qu-Quan Wang, High temperature sensitivity of manganese-assisted excitonic photoluminescence from inverted core/shell ZnSe:Mn/CdSe nanocrystals. Appl. Phys. Lett. 2010 (96) 123104-12309. [3]Rahul Thakar, Yingchuan Chenand Preston and T. Snee. Efficient Emission from Core/(Doped): Shell Nanoparticles: Applications for Chemical Sensing. Nano Lett. 2007, 7(11): 3429–3432. [4]Dongyeon Son, Dae-Ryong Jung, Jongmin Kim, Taeho Moon, Chunjoong Kimand and Byungwoo Park. Synthesis and photoluminescence of Mn-doped zinc sulfide nanoparticles. Appl. Phys. Lett. 2007, (90): 101910.
同類課題研究水平概述
- 摻雜量子點因其獨特的光電特性在發(fā)光二極管，顯示器件，生物熒光探針等方向的潛在應用而受到廣泛研究。在半導體材料中，ZnS由于其寬禁帶所以能在室溫下的摻雜多種雜質離子，比如Mn2+, Cu2+, Ag+, Tb3+, 及 Eu3+ 等。從以前的研究中可以發(fā)現(xiàn)在量子點的“自凈化”效應下，摻雜離子一般都會大量吸附于量子點表面，因而其表面有很多的缺陷，很容易被外界環(huán)境所氧化從而是得材料性能不穩(wěn)定，熒光效率低下。 國際上錳摻雜半導體量子點的研究發(fā)展迅速：Alexander L. Efros，S. Kaske, Xiaogang Peng，Baiyang，Shantikumar Nair等研究小組相繼合成出了ZnSe:Cu,Cl，ZnS:Mn,Cu，ZnS:Cu,Al,Mn等摻雜半導體量子點。2007年，Xiaogang Peng教授課題組制備了ZnSe:Mn量子點，并通過制備核殼結構大大提高其量子效率；2009年，Vladimir Bulovic研究小組合成出了ZnSe/ZnS:Mn/ZnS核殼結構量子點，其可在交流電的作用下發(fā)出明亮的黃色熒光； 目前錳摻雜半導體量子點領域的研究主要存在兩個問題：1）相對較低的量子效率在一定程度上限制其進一步發(fā)展；2）制備工藝十分復雜，目前為止量子效率在20%以上的量子點還沒有能夠大規(guī)模生產的方法，而且大多是在有機溶劑以及高溫條件下（超過200o C）合成，此類方法所合成的量子點只溶于有機溶劑而不溶于水，嚴重阻礙量子點的研究和應用。正是由于受到上述制約，目前還沒有高效的相關電致發(fā)光材料和器件的出現(xiàn)，所以如何合成高量子效率的水溶性量子點依然是目前的大挑戰(zhàn)之一。 我們通過水熱法制備出了穩(wěn)定性和水溶性優(yōu)良的ZnCdS:Mn/ZnS 核殼結構量子點,并對其光電特性進行了研究，所確立的合成方法順利擴大到用不同鎘濃度合成ZnCdxS:Mn/ZnS量子點，代表性的樣本ZnCdxS:Mn/ZnS（x=0,0.2,0.5）量子效率都超過20％。由于典型的4T1-6A1 錳離子躍遷,所有的ZnCdxS:Mn/ZnS 量子點的光致發(fā)光譜都具有相似的特征。而它們的吸收譜和相應的PLE峰隨著鎘濃度的增加出現(xiàn)明顯紅移，因此我們利用ZnCd0.5S:Mn/ZnS量子點改裝了紫光LED，大大提高了LED的流明度，表明了所合成的量子點在電致發(fā)光領域的應用價值。
