量子点材料[精选].doc

量子点材料的应用 学院：材料院 姓名：周斌 学号 专业：无机非金属材料科学 电话 【摘要】随着制备技术的不断成熟与荧光量子产率的不断提高，有关量子点在分析科学中的应用研究取得了重要进展，量子点主要应用在生命科学和半导体器件方面 【关键词】量子点 量子点材料 应用 量子点是由有限数目的原子组成，三个维度尺寸均在纳米数量级。量子点一般为球形或类球形，是由半导体材料(通常由II B～ⅥB或IIIB～VB元素组成)制成的、稳定直径在2～20 nm的纳米粒子。量子点是在纳米尺度上的原子和分子的集合体，既可由一种半导体材料组成，如由II．VI族元素(如CdS、CdSe、CdTe、ZnSe等)或III．V族元素(如InP、InAs等)组成，也可以由两种或两种以上的半导体材料组成。作为一种新颖的半导体纳米材料，量子点具有许多独特的纳米性质。 现代量子点技术要追溯到上世纪70年代中期，它是为了解决全球能源危机而发展起来的。通过光电化学研究，开发出半导体与液体之间的结合面，以利用纳米晶体颗粒优良的体表面积比来产生能量。初期研究始于上世体80年代早期2个实验室的科学家:贝尔实验室的Louis Brus博士和前苏联Yoffe研究所的Alexander Efros和Victor.I.Klimov博士。Brus博士与同事发现不同大小的硫化镉颗粒可产生不同的颜色。这个工作对了解量子限域效应很有帮助，该效应解释了量子点大小和颜色之间的相互关系，也同时也为量子点的应用铺平了道路。 1997年以来，随着量子点制备技术的不断提高，量子点己越来越可能应用于生物学研究。1998年，Alivisatos和Nie两个研究小组分别在Science上发表有关量子点作为生物探针的论文，首次将量子点作为生物荧光标记，并且应用于活细胞体系，他们解决了如何将量子点溶于水溶液，以及量子点如何通过表面的活性基团与生物大分子偶联的问题，由此掀起了量子点的研究热潮。 经过十余年的不断改进，迄今建立了多种量子点的制备方法，主要有物理方法和化学方法，以化学方法为主。目前，量子点的软化学制备方法有两种：一种是采用胶体化学的方法在有机体系中合成，另一种是在水溶液中合成。 金属有机合成法：量子点的研究是20世纪90年代最早从镶嵌在玻璃中的CdSe量子点开始的。CdSe纳米晶体的制备是一个最成功的例子。1993年，Bawendi等第一次使用二甲基镉(Cd(CH3)2)、三辛基硒化膦(SeTOP)作为前体，三辛基氧化膦(TOPO)作为配位溶剂，合成了高效发光的硒化镉(CdSe)量子点，由于CdSe纳米颗粒不溶于甲醇，可以加入过量甲醇，通过离心分离得到CdSe纳米颗粒，其量子产率约为10%。 水相直接合成法：在水相中直接合成量子点具有操作简便、重复性高、成本低、表面电荷和表面性质可控，容易引入功能性基团，生物相容性好等优点，已经成为当前研究的热点，其优良的性能有望成为一种有发展潜力的生物荧光探针。目前，水相直接合成水溶性量子点技术主要以水溶性巯基试剂作稳定剂。 近年来又发展了用其它类型试剂做稳定剂制备水溶性量子点的方法，Sondi等用氨基葡聚糖(aminodextran，Amdex)作稳定剂，在室温下合成了CdSe量子点。 近年些年来，随着制备技术的不断成熟与荧光量子产率的不断提高，有关量子点在分析科学中的应用研究取得了重要进展，量子点主要应用在生命科学和半导体器件方面。 例如，在半导体器件方面。半导体量子点的生长和性质成为当今研究的热点，目前最常用的制备量子点的方法是自组织生长方式。 量子点中低的态密度和能级的尖锐化，导致了量子点结构对其中的载流子产生三维量子限制效应，从而使其电学性能和光学性能发生变化，而且量子点在正入射情况下能发生明显的带内跃迁。这些性质使得半导体量子点在单电子器件、存贮器以及各种光电器件等方面具有极为广阔的应用前景。 基于库仑阻塞效应和量子尺寸效应制成的半导体单电子器件由于具有小尺寸，低消耗而日益受到人们的关注。 “半导体量子点材料及量子点激光器”是半导体技术领域中的一个前沿性课题。这项工作获得了突破性进展，于2000年4月19日通过中国科学院科技成果鉴定。半导体低维结构材料是一种人工改性的新型半导体低维材料，基于它的量子尺寸效应、量子隧穿和库仑阻塞以及非线性光学效应等是新一代固态量子器件的基础，在未来的纳米电子学、光电子学和