多元硫属银基半导体纳米晶的合成及光学性能研究

论文摘要

多元硫属铜基和银基半导体纳米晶由于其优异的光电性能,在生物成像、发光二极管、太阳能电池和光催化领域都展现出巨大的应用前景。近年来,AgInS2（AIS）半导体纳米晶由于其光学带隙可调和较高的电子迁移率也得到了越来越广泛的关注,因此有关AIS纳米晶的合成引起了广大科学工作者的兴趣。目前AIS半导体纳米晶的合成方法主要是基于各种金属和硫配合物的热分解或在特定配体下金属阳离子与硫直接反应。然而,目前开展的研究工作大都集中在AIS半导体纳米晶的发光特性,而有关生长机理的研究较少。在本论文中,采用种子生长法以Ag2S纳米颗粒作为种子,通过In3+和Zn2+离子的部分交换策略制备了出了三元AIS和四元Ag-In-Zn-S（AIZS）纳米晶,探究了生长机制和发光特性,并研究了其自组装行为。在此基础之上探索了其在发光二极管中的应用。（1）采用一步合成法制备出了不同尺寸的二元Ag2S纳米晶,然后将其作为种子,通过In3+离子交换法制备出不同尺寸的AIS纳米晶。研究了其生长过程中的形貌和结构变化,发现其生长过程中形成了中间体Ag2S-AIS异质结纳米晶,该中间体对AIS纳米晶的形成发挥了重要作用。之后,研究了不同Ag/In投料比对AIS纳米晶的光学带隙和光致发光光谱（PL）的影响。随着反应时间的延长,晶相发生了一定的变化,发光性能也有所提高。除此之外,AIS纳米晶能够自组装形成指纹形状,这主要是由于十二硫醇和铟离子共同作用的结果。（2）采用种子生长法以AIS纳米晶作为种子,借助于Zn2+离子交换制备出了四元AIZS纳米晶。Zn2+离子的引入使得光学带隙增大,且光致发光峰向高能量方向移动,绝对荧光量子产率（PLQY）有了明显提高,其最大PLQY能够达到58%。采用时间分辨荧光光谱研究了 AIS和AIZS纳米晶的光致发光动力学过程,发现AIZS纳米晶的光致发光光谱与纳米晶的表面和内部缺陷及施主-受主（D-A）对的复合相关。在此次基础之上,以四元AIZS纳米晶为发光层,使用全溶液法制备了多层发光器件,器件的启亮电压为3.4V,最高亮度达到114cd/m2。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 半导体纳米晶的概述
•   1.2 半导体纳米晶的光学性质
•   1.3 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ-基半导体纳米晶
•   1.4 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族三元半导体纳米晶的合成方法
•     1.4.1 热注射法
•     1.4.2 热分解法
•     1.4.3 溶剂热法
•     1.4.4 离子交换和模板合成法
•     1.4.5 其它合成方法
•   1.5 多元硫属银基半导体纳米晶的研究现状
•   1.6 本论文的研究目的及意义
• 2 三元Ag-In-S纳米晶的控制制备及光学性能研究
•   2.1 引言
•   2.2 实验部分
•     2.2.1 实验仪器及试剂
•     2.2.2 仪器与测试
• 2S纳米晶的合成'>    2.2.3 二元Ag₂S纳米晶的合成
•     2.2.4 三元AIS纳米晶的合成
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 AIS纳米晶的生长机理及光学性能研究
•     2.3.2 AIS纳米晶的自组装行为及机理探究
•   2.4 本章小结
• 3 四元Ag-In-Zn-S纳米晶的制备及光学性能的研究
•   3.1 引言
•   3.2 实验部分
•     3.2.1 实验仪器及试剂
•     3.2.2 仪器与测试
•     3.2.3 种子生长法制备四元AIZS纳米晶
•     3.2.4 一步反应法制备四元AIZS纳米晶
•     3.2.5 以Ag-In-Zn-S纳米晶作为发光层制备发光二极管器件
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 四元AIZS纳米晶的控制制备及光学性能研究
•     3.3.2 基于AIZS纳米晶的发光二极管的光电性能研究
•   3.4 本章小结
• 4 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曾彬

导师: 唐爱伟

关键词: 半导体纳米晶,离子交换,发光二极管

来源: 北京交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,化学,材料科学,无线电电子学

单位: 北京交通大学

分类号: O734;TB383.1;TN312.8

总页数: 56

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