本文關(guān)鍵詞：二維半導(dǎo)體溶液納米晶的化學(xué)合成和晶體結(jié)構(gòu)研究

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【摘要】：二維納米材料在一個(gè)維度上表現(xiàn)出納米尺寸效應(yīng)、而其它兩個(gè)維度表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)材料的宏觀特性。二維納米材料因其獨(dú)特的性能而越來(lái)越受到關(guān)注。作為其中重要分支,二維溶液半導(dǎo)體納米晶也在近幾年得到了快速發(fā)展。相比于零維的量子點(diǎn)和一維的量子棒,二維的量子片只在厚度方向上表現(xiàn)出量子限域效應(yīng)——一種典型的納米尺寸效應(yīng)。作為量子限域效應(yīng)的維度,厚度方向的原子排布對(duì)量子片的性能起著決定性的作用。本工作首先探索了在同一個(gè)反應(yīng)體系中合成了兩種不同晶型(纖鋅礦和閃鋅礦結(jié)構(gòu))CdSe量子片。在文獻(xiàn)中,CdSe纖鋅礦量子片的合成都只能在含胺溶劑中完成。我們首次在非胺溶劑(1-十八烯)中合成了纖鋅礦量子片。機(jī)理研究提示,纖鋅礦量子片是通過(guò)小顆粒拼接而成。用吸收光譜和透射電鏡監(jiān)測(cè)了中間的反應(yīng)過(guò)程,展示了拼接的過(guò)程。在我們的反應(yīng)體系中,纖鋅礦量子片是低溫時(shí)的主要產(chǎn)物,反應(yīng)溫度較高的時(shí)候得到的主要產(chǎn)物則是閃鋅礦量子片。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的控制,能使原本低產(chǎn)率的纖鋅礦量子片的產(chǎn)量成倍提高,相反地,也能完全抑制纖鋅礦量子片的生長(zhǎng),使閃鋅礦量子片成為低溫反應(yīng)的唯一產(chǎn)物。對(duì)于閃鋅礦量子片的生長(zhǎng),分別提取了“晶種”和外延生長(zhǎng)的前體,對(duì)閃鋅礦量子片目前推測(cè)的其中一種生長(zhǎng)方式,即以晶種為引導(dǎo)進(jìn)行連續(xù)二維外延生長(zhǎng),從實(shí)驗(yàn)上進(jìn)行了證實(shí)。本論文的第二個(gè)工作,是以量子片為模型系統(tǒng),發(fā)展一種普適的二維納米材料厚度、晶格取向確定方法。該方法不但能揭示量子片的晶格取向和厚度,而且確定了也一類新型的晶胞。具體地,合成了四種不同厚度的閃鋅礦CdSe量子片。利用X射線粉末衍射(包括同步輻射),得到了這些樣品的衍射曲線�？紤]到二維納米材料的特殊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——上下兩個(gè)底面都為原子平整的極性面,發(fā)展了層-層計(jì)算擬合方法。在該方法中,純Cd原子層之間、純Se原子層之間、Cd原子層-Se原子層之間被分別考慮,以此突出了厚度方向的信息。利用這個(gè)新方法,量子片的晶格取向通過(guò)擬合得到了確立,厚度方向是極性的[001]方向,另一個(gè)極性方向([111]方向)基本不存在�；跇O性層結(jié)構(gòu),我們定義一層Cd原子和一層Se原子合在一起為一個(gè)"CdSe單層”。新的擬合方法,進(jìn)一步幫助我們定量確定了四個(gè)CdSe二維量子片的厚度,分別為2.5層、3.5層、4.5層和5.5層。半層的存在,是因?yàn)榱孔悠纳舷卤砻娑际荂d原子層,這與反應(yīng)體系中的羧酸配體相符合。新方法進(jìn)一步揭示,量子片中的晶胞跟傳統(tǒng)體相CdSe的立方晶胞不同,具有四方結(jié)構(gòu)。對(duì)于纖鋅礦結(jié)構(gòu)的CdSe量子片,新方法同樣適用。對(duì)于一種在胺溶劑中形成、猜測(cè)為1.4nm或更厚的纖鋅礦CdSe量子片,衍射圖譜的擬合確定其厚度僅僅只有0.6nm。利用我們發(fā)展的新擬合方法,我們也確定了這種鉛鋅礦量子片的晶格取向。同時(shí),也對(duì)在非胺溶劑中形成的纖鋅礦量子片進(jìn)行擬合,結(jié)果表明跟在胺溶劑中生成的相比,具有不同的晶格取向,量子片的厚度約為0.8nm。
【關(guān)鍵詞】：半導(dǎo)體納米晶 纖鋅礦 閃鋅礦 量子阱 厚度 晶格取向 X射線衍射 生長(zhǎng)機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;O78
【目錄】：

• 致謝5-9
• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 緒論13-31
• 1.1 半導(dǎo)體溶液納米晶簡(jiǎn)介14-17
• 1.1.1 溶液納米晶定義14-15
• 1.1.2 半導(dǎo)體納米晶的電子結(jié)構(gòu)15-17
• 1.2 二維半導(dǎo)體溶液納米晶的合成與特殊光學(xué)性質(zhì)17-26
• 1.2.1 二維半導(dǎo)體溶液納米晶合成化學(xué)分析17-18
• 1.2.2 纖鋅礦結(jié)構(gòu)的二維溶液納米晶的合成與其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)18-20
• 1.2.3 閃鋅礦結(jié)構(gòu)的二維溶液納米晶的合成與光學(xué)性質(zhì)20-26
• 1.3 二維半導(dǎo)體納米晶結(jié)構(gòu)確定：現(xiàn)有方法與結(jié)果26-30
• 1.3.1 纖鋅礦結(jié)構(gòu)Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體二維納米晶的結(jié)構(gòu)研究26-29
• 1.3.2 高分辨電鏡在二維納米晶的晶體結(jié)構(gòu)研究方面的局限性29-30
• 1.4 本文的研究工作及意義30-31
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法31-41
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器31-32
• 2.2 樣品制備32-34
• 2.2.1 常用合成反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置32-33
• 2.2.2 反應(yīng)前驅(qū)體制備33
• 2.2.3 二維CdSe納米晶合成33-34
• 2.3 納米晶樣品表征34-36
• 2.3.1 吸收光譜和發(fā)射光譜的測(cè)試34-35
• 2.3.2 紅外光譜測(cè)試35
• 2.3.3 透射電鏡測(cè)試35
• 2.3.4 X射線粉末衍射測(cè)試35-36
• 2.3.5 光化學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試36
• 2.4 衍射圖譜擬合36-41
• 2.4.1 制樣要求36-37
• 2.4.2 理論依據(jù)37-38
• 2.4.3 擬合曲線背景的確定38-41
• 第3章 二維半導(dǎo)體溶液納米晶的合成研究41-64
• 3.1 已存量子片生長(zhǎng)機(jī)理分析41-46
• 3.1.1 纖鋅礦量子片的生長(zhǎng)41-43
• 3.1.2 閃鋅礦量子片的生長(zhǎng)43-46
• 3.2 纖鋅礦量子片的合成研究46-58
• 3.2.1 是纖鋅礦量子片,還是閃鋅礦量子片的“晶種”?46-49
• 3.2.2 纖鋅礦量子片的生長(zhǎng)機(jī)制：定向聚集的證據(jù)49-52
• 3.2.3 纖鋅礦量子片的生長(zhǎng)機(jī)制：脂肪酸鎘鹽作為模板的可能性52-57
• 3.2.4 纖鋅礦量子片生長(zhǎng)調(diào)節(jié)57-58
• 3.3 閃鋅礦量子片的合成研究58-62
• 3.3.1 閃鋅礦CdSe二維量子片的競(jìng)爭(zhēng)性生長(zhǎng)58-60
• 3.3.2 以晶種為引導(dǎo)的二維連續(xù)外延生長(zhǎng)閃鋅礦二維納米晶60-61
• 3.3.3 閃鋅礦量子片與纖鋅礦量子片的生長(zhǎng)關(guān)系61-62
• 3.4 本章小結(jié)62-64
• 第4章 二維半導(dǎo)體溶液納米晶晶體結(jié)構(gòu)與定向64-99
• 4.1 二維Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體納米晶結(jié)構(gòu)表征現(xiàn)狀與意義64-65
• 4.2 研究方法65-73
• 4.2.1 石墨烯等二維材料測(cè)定厚度的方法66-68
• 4.2.2 半導(dǎo)體溶液納米晶常用結(jié)構(gòu)分析方法68-71
• 4.2.3 對(duì)量子片晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定的新方法71-73
• 4.3 閃鋅礦量子片結(jié)構(gòu)研究73-91
• 4.3.1 量子片樣品的基本表征73-74
• 4.3.2 X射線衍射圖譜及初步分析74-77
• 4.3.3 閃鋅礦量子片厚度方向的確定77-78
• 4.3.4 量子片UV(394)層數(shù)的確定78-81
• 4.3.5 全系列閃鋅礦量子片層數(shù)的確定81-87
• 4.3.6 閃鋅礦量子片晶胞的確定87-91
• 4.4 纖鋅礦量子片的晶體結(jié)構(gòu)研究91-95
• 4.4.1 纖鋅礦UV_w(449)量子片的厚度91-92
• 4.4.2 纖鋅礦UV_w(449)量子片的晶格定向92-94
• 4.4.3 非胺溶液中纖鋅礦UV_w(450)量子片的晶格定向94-95
• 4.5 非胺系統(tǒng)中閃鋅礦與纖鋅礦CdSe量子片的穩(wěn)定性對(duì)比95-97
• 4.6 本章小結(jié)97-99
• 第5章 總結(jié)與展望99-103
• 參考文獻(xiàn)103-110
• 作者簡(jiǎn)介及博士期間研究成果110

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本文編號(hào)：521891