核殼結構量子點摻雜玻璃及其光學性能研究

《核殼結構量子點摻雜玻璃及其光學性能研究》是依託武漢理工大學，由劉超擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：核殼結構量子點摻雜玻璃及其光學性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉超
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

PbS、PbSe量子點摻雜玻璃在近紅外波段有重要的套用前景，但量子點表面缺陷降低了量子點螢光效率，制約了相關套用研究進展。本項目借鑑全無機鈍化法，通過製備核殼結構來鈍化玻璃中量子點的表面缺陷，提高螢光效率。本項目以矽酸鹽及氟氧化物玻璃為基體，研究組成對鹼土金屬硫族化合物及PbS與PbSe飽和摻雜濃度, 以及熱處理對PbS及PbSe量子點與鹼土金屬硫族化合物納米晶或鹼土金屬氟化物納米晶可控依次析晶的影響規律，製備核殼結構量子點納米晶；利用高分辨透射電鏡、電子能量損失譜以及高溫原位高分辨透射電鏡等技術手段，研究核殼結構納米晶體核化、生長過程與機理；採用微觀結構分析與時間分辨光譜等手段相結合的方式，研究核殼結構中PbS或PbSe量子點的表面缺陷鈍化效果、機制及其對量子點光學性能的影響，研發高螢光效率的量子點摻雜玻璃。該研究對量子點摻雜光功能玻璃有重要的現實意義，對多功能微晶玻璃研發也具參考價值。

結題摘要

PbX（X=S,Se）量子點摻雜玻璃在近紅外波段有重要的套用前景，但量子點表面缺陷降低了量子點螢光效率，制約了相關套用研究進展。針對該現狀，本項目以量子點表面缺陷鈍化為研究目標，採用氟化物與鹼土金屬硫族化合物等來鈍化量子點表面缺陷。第一、闡明了玻璃基質中ZnO的含量對硫族化合物的飽和溶解度有較大的影響，提高玻璃中ZnO的含量能夠有效提高硫族化合物的飽和溶解度。玻璃基質中量子點的析晶主要取決於硫族元素的含量，提高X/Pb（X=S, Se）比例能夠有效地促進IV-VI量子點的析晶，從而實現了PbS量子點在800-2200 nm波段的可調吸收與螢光。第二、系統研究了PbX量子點在氧氟化物玻璃中析晶性能及其光學性能。研究表面，PbS量子點析晶，能夠促進PbF2納米晶的析晶；同時含PbF2納米晶的玻璃中，PbS量子點光穩定性能較好。在含有BaF2納米晶的氧氟化物微晶玻璃中，由於在硫族化合物在氧氟化物玻璃基質與氧氟化物微晶玻璃基質中的飽和溶解度不同，玻璃中所析出的PbSe量子點具有兩種不同的粒徑分布，從而實現了PbSe量子點摻雜玻璃的雙峰螢光，這為量子點摻雜玻璃的在近紅外寬光譜可調光源等方面的套用奠定了基礎。第三、研究了玻璃基質中量子點禁頻寬度調控方法。通過稀土離子摻雜，能夠有效控制玻璃基質中量子點的平均粒徑；通過Sn2+離子摻雜，有效地降低了摻雜PbSe量子點的禁頻寬度，擴大了摻雜量子點的光譜調控範圍，實現了量子點在2650 nm波段處的中紅外螢光。第四、在玻璃基質中首次合成了PbS/Na2SrSi2O6核殼結構量子點，證明了玻璃中製備核殼結構量子點的可行性。同時在鹼土金屬摻雜的玻璃體系中，鹼土金屬離子能夠有效地提高量子點螢光效率。