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CdSe_ZnSe_ZnS多壳层结构量子点的制备与表征

CdSe_ZnSe_ZnS多壳层结构量子点的制备与表征
CdSe_ZnSe_ZnS多壳层结构量子点的制备与表征

半导体超晶格

半导体超晶格 材料的制造、设计是以固体能带结构的量子力学理论为基础的,也 就是说,人为地改变晶体的周期势,做出具有新功能的人工超晶格 结构材料。半导体超晶格材料具有一般半导体材料不能实现的许 多新现象,可以说是超薄膜晶体制备技术,量子物理和材料设计理 论相结合而出现的第三种类的半导体材料。利用这种材料,不仅可 以显著提高场效应晶体管和半导体激光器等的性能,也可以制备 至今还没有的功能更优异的新器件和发现更多的新物理现象,使 半导体器件的设计和制造由原来的“杂质工程”发展到“能带工 程”。因此,半导体超晶格是属于高科技范畴的新型功能材料。 电子亲和势是指元素的气态原子得到一个电子时放出的能量,叫做电子亲和势。(曾用名:电子亲和能EA)单位是kJ/mol或eV。电子亲和势的常用符号恰好同热力学惯用符号相反。热力学上把放出能量取为负值,例如,氟原子F(g)+e→F-(g),△H=-322kJ/mol。而氟的电子亲和势(EA)被定义为322kJ/mol。为此,有人建议元素的电子亲和势是指从它的气态阴离子分离出一个电子所吸收的能量。于是,氟离子F-(g)-e→F(g),△H=322kJ/mol。两者所用符号就趋于统一。可以认为,原子的电子亲和势在数值上跟它的阴离子的电离能相同。根据电子亲和势数据可以判断原子得失电子的难易。非金属元素一般具有较大的电子亲合势,它比金属元素容易得到电子。电子亲和势由实验测定,但目前还不能精确地测得大多数元素的电子亲和势。元素的电子亲和势变化的一般规律是:在同一周期中,随着原子序数的增大,元素的电子亲和势一般趋于增大,即原子结合电子的倾向增强,或它的阴离子失去电子的能力减弱。在同一族中,元素的电子亲合势没有明显的变化规律。当元素原子的电子排布呈现稳定的s2、p3、p6构型时,EA值趋于减小,甚至ⅡA族和零族元素的EA都是负值,这表明它们结合电子十分困难。在常见氧化物和硫化物中含有-2价阴离子。从O-(g)或S-(g)结合第二个电子而变成O2-(g)或S2-(g)时,要受到明显的斥力,所以这类变化是吸热的。即O-(g)+e→O2-(g),△H=780kJ/mol;S-(g)+e→S2-(g),△H=590kJ/mol。这些能量能从形成氧化物或硫化物晶体时放出的晶格能得到补偿。 电子亲和势与原子失去电子需消耗一定的能量正好相反,电子亲和势是指原子获得电子所放出的能量。 元素的一个气态原子在基态时获得一个电子成为气态的负一价离子所放出的能量,称为该元素的第一电子亲和势(First electron affinity)。与此类推,也可得到第二、第三电子亲和 势。第一电子亲和势用符号“E”表示,单位为kJ·mol·L,如: Cl(g) +e → Cl(g)E= +348.7 kJ·mol·L 大多数元素的第一电子亲和势都是正值(放出能量),也有的元素为负值(吸收能量)。这说明这种元素的原子获得电子成为负离子时比较困难,如: O(g) +e → O(g)E= +141 kJ·mol·L O(g) +e → O(g)E= -780 kJ·mol·L 这是因为,负离子获得电子是一个强制过程,很困难须消耗很大能量。

量子点总结

1.前言 在最近的几十年里,量子点(QDs)即半导体纳米晶体(NCs)由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管,激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。量子点尺寸大约为1-10 纳米,它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候,量子点的连续能级开始分离,它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小,它的能隙增加,导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应,我们称它为“量子点”。1998 年, Alivisatos和Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液,标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前,量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比,量子点具有无法比拟的发光性能,比如尺寸可调的荧光发射,窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱,极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸,可以获得不同发射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱,用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。量子点集中以上诸多优点是十分难得的,因此这就要求我们制备出宽吸收带,窄且对称的发射峰,高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点(CdSe,CdTe,CdS)和核壳式量子点(CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40])。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分:第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程,重点包括前体的选择,操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程,重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。 2.在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法,有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法,即将有机金属前躯体溶液注射进250~300℃的配体溶液中,前躯体在高温条件下迅速热解并成核,晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长,并稳定存在于溶剂中。配体所采用的前躯体主要为烷基金属(如二甲基隔)和烷基非金属(如二-三甲基硅烷基硒)化合物,主配体为三辛基氧化膦(TOPO),溶剂兼次配体为三辛基膦(TOP)。这种方法制备量子点,具有可制备量子点的种类多、改进纳米颗粒性能的方法多及所量子点的量子产率高等优点,其粒径分布可用多种手段控制,因而成为目前制备量子点的主要方法。 2.1 单核量子点的制备1993 年,Murray 等采用有机金属试剂作为反应前驱物,在高温有机溶剂中通过调节反应温度,合成了量子产率约为10%、单分散(±5%)的CdSe 量子点。他们采用TOPO 作为有机配位溶剂,用Cd(CH3)2 和TOP-Se 作为反应前驱物,依次将其注入到剧烈搅拌的350℃TOPO 溶液中,在短时间内生成大量的CdSe 纳米颗粒晶核,然后迅速降温至240℃以阻止CdSe 纳米颗粒继续成核,随后升温到260~280℃并维持一段时间,根据其吸收光谱监测晶体的生长,当晶体生长到所需要的尺寸时,将反应液冷却至60℃。加入丁醇防止TOPO 凝固,随后加入过量的甲醇,由于CdSe 纳米颗粒不溶于甲醇,通过离心便可得到CdSe 纳米颗粒。通过改变温度,可以将粒径控制在2.4~13nm 之间,且表面的TOPO 可以用吡啶、呋喃等代替。此后,Peng 等又通过进一步优化工艺条件,将两组体积不同,配比一定的Cd (CH3) 2、Se、TOP 的混合溶液先后快速注入高温TOPO 中的方法制得了棒状的CdSe量子点,从而扩展了该合成方法对量子点纳米晶粒形状的控制。利用这种

超晶格(GaAs)_n(InAs)_1(001)的光学性质

第20卷第10期半 导 体 学 报V o l.20,N o.10  1999年10月CH I N ESE JOU RNAL O F SE M I CONDU CTOR S O ct.,1999超晶格(GaA s)n (I nA s)1(001)的光学性质3 李开航 黄美纯 张志鹏 朱梓忠 (厦门大学物理系 厦门 361005) 摘要 采用L inearized2M uffin2T in2O rb ital(LM TO)能带方法对应变超晶格(GaA s)n (InA s)1 (001)进行自洽计算.在得到较准确能带结构和本征波函数的基础上,计算该超晶格的光学介电 函数虚部Ε2(Ξ)、折射率和吸收系数.结果表明,该超晶格表现出的光学性质和GaA s体材料不 相同,在115~215eV能量范围的吸收系数增大,且该超晶格在较宽的能量范围内有较好的光谱 响应. PACC:7865,7360,7125T 1 引言 近年来人们对嵌入InA s单分子层的超晶格(GaA s)n (InA s)1的研究兴趣日趋浓厚,并且随着各种外延生长技术的不断发展,生长具有突变界面的高质量超晶格(GaA s)n (InA s)1(001)成为可能[1~3].嵌入的InA s单分子层能够有效地限制量子阱中电子和空穴的运动.从实验上能够观察到2K温度下超晶格产生很强且尖锐的光致发光(PL)谱峰,PL谱峰能量位置比GaA s体材料低40m eV,并且谱峰的强度比GaA s体材料的谱峰强度高[1~3].超晶格(GaA s)n (InA s)1(001)属于 型异质结系统,有利于其在高速和光电器件中的开发应用.因此从理论和实验上探索该超晶格的各种物理特性具有实际意义,特别是了解和掌握半导体材料的折射率和吸收系数对于设计和分析异质结量子阱激光器及光波导器件来说是十分重要的.因此,本文从第一原理出发,用LM TO2A SA能带方法[4]计算超晶格(GaA s)n (InA s)1(001)的能带结构,在得到能量本征值和本征波函数的基础上计算该超晶格的光学介电函数Ε(Ξ),折射率n和吸收系数,为该超晶格的开发应用提供理论参数. 2 计算方法 在计算超晶格(GaA s)n (InA s)1(001)能带结构之前,我们先要确定其原胞结构.在GaA s衬底上外延生长(GaA s)n (InA s)1(001)短周期超晶格时,由于InA s和GaA s的晶格  3国家高技术(863)新材料领域(8632715210)课题资助 李开航 男,1967年出生,博士,现任讲师,目前主要从事半导体超晶格材料的光学性质研究工作 黄美纯 男,1937年出生,教授,博士生导师,目前主要从事低维半导体材料和半导体光电子器件的教学与研究1998205203收到,1998211224定稿

(完整word版)量子点LED

量子点LED专题报告 一、什么是量子点LED? 量子点LED是把有机材料或者LED芯片和高效发光无机纳米晶体结合在一起而产生的具有新型结构的量子点有机发光器件。相对于传统的有机荧光粉,量子点具有发光波长可调(可覆盖可见和近红外波段)、荧光量子效率高(可大于90%)、颗粒尺寸小、色彩饱和度高、可 低价溶液加工、稳定性高等优点,尤其值得注意的是高色纯度的发光使得其色域已经可以超过HDTV标准色三角。因此基于量子点的发 光二极管,有望应用于下一代平板显示和照明。

表征量子点的光电参数: 1、光致发光谱(PL谱):光致发光谱反映的是发射光波长与发光强度的关系。从PL谱上可以得到发光颜色的单色性、复合发光的机制、量子点的颗粒尺寸大小及分布均匀性、本征发射峰波长等基本光学信息。量子点光致发光谱的半高宽越窄,说明量子点的发光单色性越好,器件的缺陷和杂质复合发光越少。 2、紫外可见吸收谱:量子点的紫外可见吸收谱反映的是量子点对不同波长光的吸收程度,从谱中吸收峰的位置可计算出量子点的禁带宽度。量子点吸收谱的第一吸收峰与光致发光谱的发射峰的偏移是斯托

克斯位移,斯托克斯位移越大,量子点的自吸收越弱,量子点的荧光强度越高。 3、光致发光量子产率:量子点溶液的光致发光量子产率是通过与标准荧光物质(一般用罗丹明6G)的荧光强度对比而测出。量子点高的量子产率能有效提升器件的发光效率,但纯核量子点沉积成薄膜后量子产率将比在溶液中的量子产率下降1到2个数量级。量子点也存在荧光自淬灭现象,这是由存在于不均匀尺寸分布的量子点中的激子通过福斯特能量转移到非发光点进行非辐射复合所引起。 二、量子点LED在照明显示中的应用方案 量子点的发射峰窄、发光波长可调、荧光效率高、色彩饱和度好,非常适合用于显示器件的发光材料。量子点LED在照明显示领域中的应用方案主要包括两个方面:a、基于量子点光致发光特性的量子点背光源技术(QD-BLU,即光致量子点白光LED);b、基于量子点电致发光特性的量子点发光二极管技术(QLED)。

材料表征方法思考题答案

第一章XRD 1.X射线的定义、性质、连续X射线和特征X射线的产生、特点。 答:X射线定义:高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速,且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。性质:看不见;能使气体电离,使照相底片感光,具有很强的穿透能力,还能使物质发出荧光;在磁场和电场中都不发生偏转;当穿过物体时只有部分被散射;能杀伤生物细胞。 连续X射线产生:经典物理学解释——由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不相同,因而得到的电磁波将具有连续的各种波长,形成连续X射线谱。量子力学解释——大量的电子在到达靶面的时间、条件均不同,而且还有多次碰撞,因而产生不同能量不同强度的光子序列,即形成连续谱。特点:强度随波长连续变化 特征X射线产生:当管电压达到或高于某一临界值时,阴极发出的电子在电场的加速下,可以将物质原子深层的电子击到能量较高的外部壳层或击出原子外,使原子电离。此时的原子处于激发态。处于激发态的原子有自发回到激发态的倾向,此时外层电子将填充内层空位,相应伴随着原子能量降低。原子从高能态变为低能态时,多出的能量以X射线的形式释放出来。因物质一定,原子结构一定,两特定能级间的能级差一定,故辐射出波长一定的特征X射线。特点:仅在特定的波长处有特别强的强度峰。 2.X射线与物质的相互作用 答:X射线与物质的相互作用,如图所示 一束X射线通过物体后,其强度因散射和吸收而被衰减,并且吸收是造成强度衰减的主要原因。 散射分为两部分,即相干散射和不相干散射。当X射线照射到物质的某个晶面时可以产生反射线,当反射线与X射线的频率、位相一致时,在相同反射方向上的各个反射波相互干涉,产生相干散射;当X射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后,产生波长比入射X射线波长长的X射线,且波长随着散射方向的不同而改变,这种现象称为不相干散射。其中相干散射是X射线在晶体中产生衍射现象的基础。 物质对X射线的吸收是指X射线通过物质时,光子的能量变成了其它形式的能量,即产生了光电子、俄歇电子和荧光X射线。当X射线入射到物质的内层时,使内层的电子受激发而离开物质的壳层,则该电子就是光电子,与此同时产生内层空位。此时,外层电子将填充到内层空位,相应伴随着原子能量降低,放出的能量就是荧光X射线。当放出的荧光X射线回到外层时,将使外层电子受激发,从而产生俄歇电子而出去。产生光电子和荧光X射线的过程称为光电子效应,产生俄歇电子的过程称为俄歇效应。示意图见下:

量子点发光材料综述

量子点发光材料综述 1.量子点简介 1.1量子点的概述 量子点(quantum dot, QD)是一种细化的纳米材料。纳米材料是指某一个维度上的尺寸小于100nm的材料,而量子点则是要求材料的尺寸在3个维度都要小于100nm[1]。更进一步的规定指出,量子点的半径必须要小于其对应体材料的激子波尔半径,其尺寸通常在1-10nm左右[2]。由于量子点半径小于对应体材料的激子波尔半径,量子点能表现出明显的量子点限域效应,此时载流子在三个方向上的运动受势垒约束,这种约束主要是由静电势、材料界面、半导体表面的作用或是三者的综合作用造成的。量子点中的电子和空穴被限域,使得连续的能带变成具有分子特性的分离能级结构[1]。这种分离结构使得量子点有了异于体材料的多种特性以及在多个领域里的特殊应用。 1.2量子点的特性 由于量子点中载流子运动受限,使得半导体的能带结构变成了具有分子原子特性的分离能级结构,表现出与对应体材料完全不同的光电特性。 1.2.1 量子尺寸效应 纳米粒子中的载流子运动由于受到空间的限制,能量发生量子化,连续能带变为分立的能级结构,带隙展宽,从而导致纳米颗粒的吸收和荧光光谱发生变化[3]。这种现象就是典型的量子尺寸效应。研究表明,随着量子点尺寸的缩小,其荧光将会发生蓝移,且尺寸越小效果越显著[4]。 1.2.2 表面效应 纳米颗粒的比表面积为A m=S V =4πR2 4 3 πR3 =3 R ,也就是说量子点比表面积随着颗 粒半径的减小而增大。量子点尺寸很小,拥有极大的比表面积,其性质很大程度上由其表面原子决定。当其表面拥有很大悬挂键或缺陷时,会对量子点的光学性质产生极大影响[5]。 1.2.3 量子隧道效应 量子隧道效应是基本的量子现象之一。简单来说,即当微观粒子(例如电子等)能量小于势垒高度时,该微观粒子仍然能越过势垒。当多个量子点形成有序阵列,载流子共同越过多个势垒时,在宏观上表现为导通状态。因此这种现象又

材料结构表征及应用课程教学大纲

《材料结构表征及应用》课程教学大纲 一、《材料结构表征及应用》课程说明 (一)课程代码:08131016 (二)课程英文名称:Characterization and Application of Material structure (三)开课对象:物理系材料物理专业 (四)课程性质: 本课程是材料物理专业的一门专业必修课。 (五)教学目的 全面理解材料的结构与性能之间的关系,掌握材料结构表征的基本方法,从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系,从而实现材料设计的功能。 (六)教学内容: 介绍一些目前比较流行的基本的材料研究方法,从材料的成分分析、结构测定和形貌观察等方面出发探寻结构与性能之间的内在关系。 (七)学时数、学分数及学时数具体分配 学时数:72 学分数:4 (八)教学方式: 课堂教学 (九)考核方式和成绩记载说明: 考核方式为考试。严格考核学生出勤情况,达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格,综合成绩根据出勤情况、平时成绩和期末成绩评定,出勤情况占20%,平时成绩占20%,期末成绩占60%。 二、讲授大纲与各章的基本要求 第一章绪论 教学要点: 通过本章的教学使学生初步了解表征材料结构的几种方法及其基本特点,概略的介绍本书将要介绍的内容。

1.了解材料的内在结构决定了材料的外在性能。 2.了解材料表征的基本方法 教学时数:2 教学内容: 第一节材料结构与材料性能的关系 第二节材料结构表征的基本方法 一、化学成分分析 二、结构测定 三、形貌观察 考核要求: 1.材料的结构决定材料的性能(领会) 2.材料结构表征的基本方法(识记) 第二章红外光谱及激光拉曼光谱 教学要点: 了解红外光谱的基本原理,掌握红外光谱实验的制样技术和结果分析方法,了解红外光谱实验的应用范围和前景,了解激光拉曼光谱的基本概念、实验原理和应用范围。 教学时数:16 教学内容: 第一节:红外光谱的基本原理 一、双原子分子的振动——谐报子和非谐振 二、多原子分子的简正振动 三、红外光谱的吸收和强度 第二节:红外光谱与分子结构 一、基团振动与红外光谱区域的关系 二、影响基团频率的因素 第三节:红外光谱图的解析方法 一、谱带的三个重要特征 二、解析技术 三、影响谱图质量的因素 第四节:红外光谱仪及制样技术 一、红外光谱仪的进展 二、傅里叶变换红外光谱仪原理 三、傅里叶变换红外光谱法的主要优点 四、红外光谱的表示方法 五、样品的制备技术 第五节:红外光谱在材料研究领域中的应用 一、高分子材料的研究 二、材料表面的研究 三、无机材料的研究 四、有机金属化合物的研究 第六节:红外光谱新技术及其应用 一、时间分辨光谱 二、红外光热光声光谱技术

最新材料结构表征重点知识总结

第一章,绪论 材料研究的四大要素:材料的固有性质,材料的结构,材料的使用使用性能。 材料的固有性质大都取决于物质的电子结构,原子结构和化学键结构。 材料表征的三大任务及主要测试技术:1、化学成分分析:质谱,色谱,红外光谱,核磁共振;2、材料结构的测定,X射线衍射,电子衍射,中子衍射;3、形貌观察:光学显微镜,电子显微镜,投射显微镜。 第二章,红外光谱及激光拉曼光谱 2.1红外光谱的基本原理 红外光谱的定义:当一束具有连续性波长的红外光照射物质时,该物质的分子就有吸收一定的波长红外光的光能,并将其转变为分子的振动能和装动能,从而引起分子振动—转动能级的跃迁,通过仪器记录下来不同波长的透射率的变化曲线,就是该物质的红外吸收光谱。中红外去波数范围(4000—400cm-1) 简正振动自由度(3n-6或3n-5)及其特点:3n-6是分子振动自由度3n-5是直线分子的振 动自由度 特点:分子质点在振动过程中保持不变,所有的原子都在同一瞬间通过各自的平衡位置。每 个简谐振动代表一种振动方式,有它自己的特 征频率 简正振动的类型:1、伸缩振动2、弯曲振动 分子吸收红外辐射必须满足的条件:主要振动过程中偶极矩的变化、振动能级跃迁几率 2.2红外光谱与分子结构 红外光谱分区:官能团去(4000-1330cm-1)指纹区(1330-400cm-1) 基团特征频率定义:具有相同化学键或官能团的一系列化合物有共同的吸收频率,这种频率就叫基团特征频率 影响因素,内部因素:诱导效应,共振效应,键应力的影响,氢键的影响,偶合效应,费米共振;外部因素:物态的变化的影响,折射率和粒度的影响,溶剂的影响 诱导效应:在具有一定极性的共价键中,随着取代基的电负性不同而产生不同程度的静电诱导作用,引起分子中电荷分布的变化,从而改变了键的常熟,使振动的频率发生改变,这就是诱导效应。 2.3红外光谱图的解析方法 普带的三个特征:1位置:基因存在的最有用的特征;2形状:有关基因存在的一些信息;3相对强度:把红外光谱中一条普带的强度和另一条谱带相比,可以得出一个定量的概念 影响谱图质量的因素:1仪器参数的影响;2环境的影响:空气湿度,样品污染等;3厚度的影响(要求10——50um) 2.7激光拉曼光谱 基本概念: 拉曼散射:人射光照射在样品上,人射光子与样品之间发生碰撞有能量交换称为拉曼散射斯托克斯线:拉曼散射中,散射光能量减少,在垂直方向测量到散射光中,可以检测到频率为()的线,称为斯托克斯线。 反斯托克斯线:相反,若样子分子获得能量,在大于人射光频率出收到散射光线 拉曼位移:斯托克斯线或反斯托克斯线与人射光频率之差称了拉曼位移

材料结构与表征

基本概念集锦 1、材料(materials):人类能用来制作有用物件的物质。 2、材料的四大家族 A. 金属材料 B. 无机非金属材料 C. 高分子材料 D. 复合材料 3、材料的结构与组成 第一层次:原子结构(电子构型、化学键、原子与电子性缺陷)。 第二层次:原子在空间的排列(单晶、多晶、非晶)。 第三层次:材料的显微组织形貌(各种缺陷)。 4、简正振动: 整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且频率及相位相同、所有的原子都在同一瞬间通过各自的平衡位置,此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振动的线性组合。 将振动形式分成两类: a. 伸缩振动(νs、νas) b. 变形振动(又称弯曲振动或变角振动,用符号δ表示) 同一键型: ?反对称伸缩振动的频率大于对称伸缩振动的频率; ?伸缩振动频率远大于弯曲振动的频率; ?面内弯曲振动的频率大于面外弯曲振动的频率。 vas > vs >>δ面内>δ面外 5、分子吸收红外光谱的条件 (1)振动必须能够引起分子偶极矩的变化 (2)红外辐射光的频率与分子振动的频率相当 6、红外光谱信息区 ① 4000~2500 cm-1 X—H伸缩振动区 ② 2500~2000 cm-1 叁键、累积双键伸缩振动区 ③ 2000~1500 cm-1 双键伸缩振动区 ④ 1500~ 670 cm-1 单键振动(X—Y伸缩,X—H变形振动区)及指纹区

7、振动偶合: 当两个振动频率相同或相近的基团相邻并由同一原子相连时,两个振动相互作用(微扰)产生共振,谱带一分为二(高频和低频)。 8、Fermi(费米)共振: 当一振动的倍频或组频与另一振动的基频接近时,由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或裂分分裂成两个不同频率的峰。 9、 1. >3200:O—H(1个峰,强,宽)或N—H(H个峰,中强,锐) 2. 3000左右:C—H 3. Ω≥4:苯环(单取代双峰、邻位单峰、间位三峰、对位单峰兰移) 4. 3050、1600、1500:苯环 5. 1700:C=O 6. -CH3:4个峰(2960、2870、1460、1380) 7. -CH2-:3个峰( 2930、2850、1460) 8. 异丙基:1385、1375等强双峰 9. C=C:单取代双峰,多取代单峰;顺式(690)、反式(970)

半导体量子点及其应用概述_李世国答辩

科技信息2011年第29期 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 0引言 近年来半导体材料科学主要朝两个方向发展:一方面是不断探索扩展新的半导体材料,即所谓材料工程;另一方面是逐步从高维到低维深入研究己知半导体材料体系,这就是能带工程。半导体量子点就是通过改变其尺寸实现能级的改变,达到应用的目的,这就是半导体量子点能带工程。半导体量子点是由少量原子组成的准零维纳米量子结构,原子数目通常在几个到几百个之间,三个维度的尺寸都小于100纳米。载流子在量子点的三个维度上运动受尺寸效应限制,量子效应非常显著。在量子点中,由于量子限制效应作用,其载流子的能级类似原子有不连续的能级结构,所以量子点又叫人造原子。由于特殊能级结构,使得量子点表现出独特的物理性质,如量子尺寸效应、量子遂穿效应、库仑阻塞效应、表面量子效应、量子干涉效应、多体相关和非线性光学效应等,它对于基础物理研究和新型电子和光电器件都有很重要的意义,量子点材料生长和器件应用研究一直是科学界的热点之一[1]。 1量子点制备方法 目前对量子点的制备有很多方法,主要有外延技术生长法、溶胶-凝胶法(Sol-gel 和化学腐蚀法等,下面简单介绍这几种制备方法: 1.1外延技术法 外延技术法制备半导体量子点,主要是利用当前先进的分子束外延(MBE、金属有机物分子束外延(MOCVD和化学束外延(CBE等技术通过自组装生长机理,在特定的生长条件下,在晶格失配的半导体衬底上通过异质外延来实现半导体量子点的生长,在异质外延外延中,当外延材料的生长达到一定厚度后,为了释放外延材料晶格失配产生的应力能,外延材料就会形成半导体量子点,其大小跟材料的晶格失配度、外延过程中的条件控制有很大的关系,外延技术这是目前获得高质量半导体量子点比较普遍的方法,缺点是对半导体量子点的生长都是在高真空或超高真空下进行,使得材料生长成本非常高。1.2胶体法

材料结构与表征复习整理(周玉第三版)

材料结构与表征 2017-2018复习整理 2018-1-4 暨南大学 ——D.S

2017-2018材料结构与表征重点整理 目录 绪论 (1) 第一章 X射线物理学基础 (2) 第二章 X射线衍射方向 (3) 第三章 X射线衍射强度 (3) 第四章多晶体分析方法 (4) 第五章物相分析及点阵参数精确测定 (5) 第六章(不考) (5) 第七章(不考) (5) 第八章电子光学基础 (5) 第九章透射电子显微镜 (6) 第十章电子衍射 (7) 第十一章晶体薄膜衍衬成像分析 (7) 第十二章(不考) (8) 第十三章扫描电子显微镜 (8) 第十四章(不考) (8) 第十五章电子探针显微镜分析 (8) 第十六章 (9) 参考文献 (10)

2017-2018材料结构与表征重点整理 绪论 1.组织结构与性能 本书主要介绍X射线衍射和电子显微镜分析材料的微观结构。 材料的组织结构与性能:a.结构决定性能;b.通过一定方法控制其显微组织形成条件。 加工齿轮实例: a.预先将钢材进行退火处理,使其硬度降低,以满足容易铣等加工工艺性能要求; b.加工好后再进行渗碳处理,使其强度、硬度提高,以满足耐磨损等使用性能的要求。 2. 显微组织结构分析表征: a.表面形貌观察(形态、大小、分布和界面状态等——光学显微镜、电子显微镜、原子力显微镜等; b.晶体结构分析(物相,晶体缺陷,组织结构等)——X射线衍射、电子衍射、热谱分析; c.化学成分分析(元素与含量、化学价态、分子量、分子式等)——光谱分析,能谱分析等。 3.传统测试方式 a.光学显微镜——分辨率200nm——只能观察表面形态而不能观察材料内部的组织结构,更不能进行对所观察的显微组织进行同位微区分析; b.化学分析——能给出试样的平均成分,不能给出元素分布,和光谱分析相同。 4.X射线衍射与电子显微镜 1.XRD——分辨率mm级——是利用X射线在晶体中的衍射现象来分析材料的晶体结构、晶格参数、晶体缺陷(位错等)、不同结构相的含量及内应力的方法,可以计算样品晶体晶体结构与晶格参数。 2.电子显微镜 透射电子显微镜——分辨率0.1nm——通过透过样品的电子束成像,可以观察微观组织形态并对观察区域进行晶体结构鉴定; 扫描电子显微镜——分辨率1nm——利用电子束在样品表面扫描激发出的代表样品表面特征的信号成像,观察表面形貌(断口)和成分分布; 电子探针显微分析——利用聚焦很细的电子束打在样品微观区域,激发出特征X射线,可以确定样品微观区域的化学成分,可与扫描电镜同时使用进行化学成分同位分析。

量子点的制备方法综述及展望

量子点的制备方法综述及展望 1.前言 在最近的几十年里,量子点(QDs)即半导体纳米晶体(NCs)由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管,激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。英语论文。 量子点尺寸大约为1-10 纳米,它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候,量子点的连续能级开始分离,它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小,它的能隙增加,导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应,我们称它为“量子点” 。1998 年 , Alivisatos和 Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液,标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前,量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比,量子点具有无法比拟的发光性能,比如尺寸可调的荧光发射,窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱,极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸,可以获得不同发射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱,用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。硕士网为你提供计算机硕士论文。 量子点集中以上诸多优点是十分难得的,因此这就要求我们制备出宽吸收带,窄且对称的发射峰,高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点(CdSe,CdTe,CdS)和核壳式量子点(CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40])。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。 本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分:第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程,重点包括前体的选择,操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程,重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。 2.在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法,有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法,即将有机金属前躯体溶液注射进250~300℃的配体溶液中,前躯体在高温条件下迅速热解并成核,晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长,并稳定存在于溶剂中。配体所采用的前躯体主要为烷基金属(如二甲基隔)和烷基非金属(如二-三甲基硅烷基硒)化合物,主配体为三辛基氧化膦(TOPO),溶剂兼次配体为三辛基膦(TOP)。这种方法制备量子点,具有可制备量子点的种类多、改进纳米颗粒性能的方法多及所量子点的量子产率高等优点,其粒径分布可用多种手段控制,因而成为目前制备量子点的主要方法。 2.1 单核量子点的制备1993 年,Murray 等采用有机金属试剂作为反应前驱物,在高温有机溶剂中通过调节反应温度,合成了量子产率约为10%、单分散(± 5%)的CdSe 量子点。他们采用TOPO 作为有机配位溶剂,用Cd(CH3)2 和TOP-Se 作为反应前驱物,依次将其注入到剧烈搅拌 的350℃TOPO 溶液中,在短时间内生成大量的CdSe 纳米颗粒晶核,然后迅速降温至240℃以阻止CdSe 纳米颗粒继续成核,随后升温 到260~280℃并维持一段时间,根据其吸收光谱监测晶体的生长,当晶体生长到所需要的尺寸时,将反应液冷却至60℃。加入丁醇防止TOPO 凝固,随后加入过量的甲醇,由于CdSe 纳米颗粒不溶于甲醇,通过离心便可得到CdSe 纳米颗粒。通过改变温度,可以将粒径控制在2.4~13nm 之间,且表面的TOPO 可以用吡啶、呋喃等代替。此后,Peng 等又通过进一步优化工艺条件 ,将两组体积不同,配比一定的Cd (CH3) 2、 Se、TOP 的混合溶液先后快速注入高温 TOPO 中的方法制得了棒状的 CdSe量子点,从而扩展了该合成方法对量子点纳米晶粒形状的控制。利用这种方法合成的量子点受到杂质和晶格缺陷的影响,因此量子产率较低。由于Te 更容易被氧化,所以制备高质量的CdTe 要比制备CdSe,CdS 难得多。2001 年,Dmitri.V 等用DDA(十二胺)代替TOPO作反应溶剂合成高质量的CdTe 量子点,量子产率可达65%,且窄的发射光谱覆盖红色和绿色

材料结构表征及应用知识点总结

第一章绪论 材料研究的四大要素:材料的固有性质、材料的结构、材料的使用性能、材料的合成与加工。 材料的固有性质大都取决于物质的电子结构、原子结构和化学键结构。 材料结构表征的三大任务及主要测试技术: 1、化学成分分析:除了传统的化学分析技术外,还包括质谱(MC)、紫外(UV)、可见光、红外(IR)光谱分析、气、液相色谱、核磁共振、电子自旋共振、二次离子色谱、X射线荧光光谱、俄歇与X射线光电子谱、电子探针等。如质谱已经是鉴定未知有机化合物的基本手段;IR在高分子材料的表征上有着特殊重要地位;X射线光电子能谱(XPS)是用单色的X射线轰击样品导致电子的逸出,通过测定逸出的光电子可以无标样直接确定元素及元素含量。 2、结构测定:主要以衍射方法为主。衍射方法主要有X射线衍射、电子衍射、中子衍射、穆斯堡谱等,应用最多最普遍的是X射线衍射。在材料结构测定方法中,值得一提的是热分析技术。 3、形貌观察:光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜。 第二章X射线衍射分析 1、X射线的本质是电磁辐射,具有波粒二像性。 X射线的波长范围:0.01~100 ? 或者10-8-10-12 m 1 ?=10-10m (1)波动性(在晶体作衍射光栅观察到的X射线的衍射现象,即证明了X射线的波动性); (2)粒子性(特征表现为以光子(光量子)形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量)。 2、X射线的特征: ①X射线对物质有很强的穿透能力,可用于无损检测等。 ②X射线的波长正好与物质微观结构中的原子、离子间的距离相当,使它能被晶体衍射。晶体衍射波的方向与强度与晶体结构有关,这是X射线衍射分析的基础。 ③X射线光子的能量与原子内层电子的激发能量相当,这使物质的X射线发射谱与吸收谱在物质的成分分析中有重要的应用。 一、X射线的产生 1.产生原理 高速运动的电子与物体碰撞时,发生能量转换,电子的运动受阻失去动能,其中一小部分(1%左右)能量转变为X射线,而绝大部分(99%左右)能量转变成热能使物体温度升高。 2.产生条件 (1)产生自由电子;(2)使电子作定向的高速运动;(3)在其运动的路径上设置一个障碍物使电子突然减速或停止。 3.X射线管的结构 封闭式X射线管实质上就是一个大的真空二极管。基本组成包括: ①阴极:阴极是发射电子的地方。 ②阳极:亦称靶,是使电子突然减速和发射X射线的地方。 ③窗口:窗口是X射线从阳极靶向外射出的地方。 ④焦点:焦点是指阳极靶面被电子束轰击的地方,正是从这块面积上发射出X射线。 二、X射线谱 由X射线管发射出来的X射线可以分为两种类型:(1)连续X射线;(2)标识X射线。 1、连续X射线 具有连续波长的X射线,构成连续X射线谱,它和可见光相似,亦称多色X射线。 (1)产生机理

东华大学材料结构表征及其应用作业答案

“材料研究方法与测试技术”课程练习题 第二章红外光谱法 1.为什么说红外光谱是分子振动光谱?分子吸收红外光的条件是什 么?双原子基团伸缩振动产生的红外光谱吸收峰的位置主要与哪些因素有关? 答案:这是由于红外光谱是由样品分子振动吸收特定频率红外光发生能级跃迁而形成的。分子吸收红外光的条件是:(1)分子或分子中基团振动引起分子偶极矩发生变化;(2)红外光的频率与分子或分子中基团的振动频率相等或成整数倍关系。双原子基团伸缩振动产生的红外光谱吸收峰的位置主要与双原子的折合质量(或质量)和双原子之间化学键的力常数(或键的强度;或键的离解能)有关。 2.用诱导效应、共轭效应和键应力解释以下酯类有机化合物的酯羰 基吸收峰所处位置的范围与饱和脂肪酸酯的酯羰基吸收峰所处位置范围(1735~1750cm-1)之间存在的差异。 芳香酸酯:1715~1730cm-1 α酮酯:1740~1755cm-1 丁内酯:~1820cm-1 答案:芳香酸酯:苯环与酯羰基的共轭效应使其吸收峰波数降低;α酮酯:酯羰基与其相连的酮羰基之间既存在共轭效应,也存在吸电子的诱导效应,由于诱导效应更强一些,导致酯羰基吸收峰的波数上升;丁内酯:四元环的环张力使酯羰基吸收峰的波数增大。

3.从以下FTIR谱图中的主要吸收峰分析被测样品的化学结构中可能 存在哪些基团?分别对应哪些吸收峰? 答案:3486cm-1吸收峰:羟基(-OH);3335cm-1吸收峰:胺基(-NH2或-NH-);2971cm-1吸收峰和2870cm-1吸收峰:甲基(-C H3)或亚甲基(-CH2-);2115cm-1吸收峰:炔基或累积双键基团(-N=C=N-);1728cm-1吸收峰:羰基;1604cm-1吸收峰、1526cm-1吸收峰和1458cm-1吸收峰:苯环;1108cm-1吸收峰和1148cm-1吸收峰:醚基(C-O-C)。1232cm-1吸收峰和1247cm-1吸收峰:C-N。 第三章拉曼光谱法 1. 影响拉曼谱峰位置(拉曼位移)和强度的因素有哪些?如果分子的同一种振动既有红外活性又有拉曼活性,为什么该振动产生的红外光谱吸收峰的波数和它产生的拉曼光谱峰的拉曼位移相等?

半导体超晶格能带结构2

本科生毕业论文(设计)册 学院汇华学院 专业物理学 班级2007级 学生侯敏娟 指导教师李玉现

河北师范大学本科毕业论文(设计)任务书 编号: 论文(设计)题目:半导体超晶格的隧穿特性 学院:专业:物理学班级: 学生姓名:学号: 2 指导教师:职称: 1、论文(设计)研究目标及主要任务 研究目标:提高学生个人的调研能力,锻炼语言组织能力,培养对物理学的研究兴趣,了解物理学的发展进程,在实践中达到物理思想的熏陶。 主要任务:简单介绍半导体的概念、分类、应用,重点解释半导体的隧道效应(势垒贯穿),提高对其的认识和了解,明白怎样总结出其微观粒子的波动性及传播过程,激发研究热情并加快其研究进度。 2、论文(设计)的主要内容 早在19世纪三十年代,英国巴拉迪首先发现了半导体之后,半导体行业就开始不断发展,本文首先介绍了半导体是如何被发现的并且有怎样的意义,随着研究的深入,人们发现了半导体的物理结构,随后提出了超晶格概念,超晶格概念的提出使得量子物理的研究量级从埃扩大到纳米,这一现象的发现为量子物理的进程做出了伟大的贡献,随后发现隧道效应,本文主要就隧道效应的推导过程作了详细的计算,并计算出透射系数,透射系数随着势垒的加宽或电压的增大而迅速减小,得出结论:宏观条件下观察不到隧道效应。 3、论文(设计)的基础条件及研究路线 基础条件:已经搜集了大量的相关材料,学习了其中与论文题目相关的内容并加以理解。认真整理材料和个人的学习体会,对论文相关内容有了统筹的把握。 研究路线:需在原有材料基础上进行总结归纳,介绍其研究方法并适时加入自己的观点和看法,对有关原理进行必要理论分析,并揭示其研究应用前景,突出研究半导体重要意义。 4、主要参考文献 1、周世勋.量子力学教程[M],北京:高等教育出版社,2009:34-44 2、杨福家.原子物理学[M],高等教育出版社,2000:106-110. 3、黄昆.固体物理学[M],高等教育出版社,2001:325-351. 5 指导教师:年月日 教研室主任:年月日

量子点知识

量子点的基本知识 量子点是继超晶格和量子阱之后,于上个世纪80年代中后期和量子线同时发展起来的一类新型低维量子结构。其历史最早可以追溯到作为光催化剂的半导体胶体【】。当时为了提高光催化性而减小粒子的尺寸时,就发现随着粒子尺寸的减小,粒子的颜色发生了变化。例如体相呈橙色的Cds随粒径的减小而逐渐变成黄色、浅黄色甚至白色,但当时并未对这一现象进行深入的研究。1962年,日本理论物理学家Kubo提出了金属颗粒的量子尺寸效应【】,使人们从理论上对这个效应有了一定的认识,并开始对包括半导体在内的一些材料进行了相应的研究。但直到上个世纪80年代初期,对半导体量子点材料的研究还形成规模。促使人们开始大规模对半导体量子点材料进行研究的起因,源于1983年美国Hughes研究所的R.K.Jain和R.C.Lind发表的一篇论文【】。它们在市售的CdS1-x Se x 半导体微晶掺杂的光学滤波玻璃上观测到了很高的三次非线性光学效应和快速的光响应(皮秒量级),可望在超高速的光运算、全光开关和光通信等方面具有广阔的应用前景。正是以这篇文章为契机,科学工作者们开始积极投身到这一研究领域中来。 量子点的定义 量子点通常是指由人工制造的尺寸为10nm-1μm的微小晶体结构,其中含有1~1000个可被控制的电子。顾名思义,量子点即是将材料的尺寸在三维空间进行约束,并达到一定的临界尺寸(抽象成一个点)后,材料的材料的行为具有了量子特性,结构和性质也随之发生从宏观到微观的转变。其典型特征是电子波函数的完全局域化和电子能谱的量子化。量子点材料的研究是一个涉及多科学的交叉领域研究,因而其名称也是多种多样的。例如,材料科学家称之为超细颗粒;晶体学家称之为微晶、纳米晶粒;原子分子物理学家称之为量子点。不同学科在量子点领域的交汇,一方面丰富了研究思想和方法,另一方面也开拓了应用领域和潜在的市场。 量子点的分类 量子点有很多种分类方法:按其集合形状可以分为箱形量子点、圆盘形量子点、球形量子点、四面体形量子点、圆柱形量子点、透镜形量子点和外场诱导量子点等;按其材料组成,可分为元素半导体量子点、化合物半导体量子点、半导

量子点的制备方法

量子点的制备方法综述及展望 来源:https://www.wendangku.net/doc/d34168172.html, 1.前言 在最近的几十年里,量子点(QDs)即半导体纳米晶体(NCs)由于具有独特的电子和发光性质以及量子点在生物标记,发光二极管,激光和太阳能电池等领域的应用成为大家关注的焦点。中国硕士论文网提供大量免费英语论文。 量子点尺寸大约为1-10 纳米,它的尺寸和形状可以精确的通过反应时间、温度、配体来控制。当量子点尺寸小于它的波尔半径的时候,量子点的连续能级开始分离,它的值最终由它的尺寸决定。随着量子点的尺寸变小,它的能隙增加,导致发射峰位置蓝移。由于这种量子限域效应,我们称它为“量子点”。1998 年 , Alivisatos和 Nie 两个研究小组首次解决了量子点作为生物探针的生物相容性问题, 他们利用MPA 将量子点从氯仿转移到水溶液,标志着量子点的生物应用的时代的到来。目前,量子点最引人瞩目的的应用领域之一就是在生物体系中做荧光探针。 与传统的有机染料相比,量子点具有无法比拟的发光性能,比如尺寸可调的荧光发射,窄且对称的发射光谱宽且连续的吸收光谱,极好的光稳定性。通过调节不同的尺寸,可以获得不同发射波长的量子点。窄且对称的荧光发射使量子点成为一种理想的多色标记的材料。 由于宽且连续的吸收光谱,用一个激光源就可以同时激发一系列波长不同荧光量子点量子点良好的光稳定性使它能够很好的应用于组织成像等。硕士网为你提供计算机硕士论文。 量子点集中以上诸多优点是十分难得的,因此这就要求我们制备出宽吸收带,窄且对称的发射峰,高的量子产率稳定和良好生物兼容性的稳定量子点。 现在用作荧光探针的量子点主要有单核量子点(CdSe,CdTe,CdS)和核壳式量子点(CdSe/ZnS[39], CdSe/ZnSe[40])。量子点的制备方法主要分为在水相体系中合成和在有机相体系中合成。 本文主要以制备量子点的结构及合成方法为主线分为两部分:第一部分综述了近十几年量子点在有机相中的制备方法的演变历程,重点包括前体的选择,操作条件和合成量子点结构。第二部分介绍了近十几年量子点在水相中制备方法的改进历程,重点包括保护剂的选择及水热法及微波辅助法合成方法。 2.在有机体系中制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法,有机金属法是在高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法,即将有机金属前躯体溶液注射进250~300℃的配体溶液中,前躯体在高温条件下迅速热解并成核,晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作用阻滞晶核生长,并稳定存在于溶剂中。配体所采用的前躯体主要为烷基金属(如二甲基隔)和烷基非金属(如二-三甲基硅烷基硒)化合物,主配体为三辛基氧化膦(TOPO),溶剂兼次配体为三辛基膦(TOP)。这种方法制备量子点,具有

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