1、SiAu納米量子點(diǎn)研究計(jì)劃一.研究背景半導(dǎo)體的低維結(jié)構(gòu)由于量子限制效應(yīng)而表現(xiàn)出許多獨(dú)特的光、電特 性，成為人們研究的熱點(diǎn)，量子點(diǎn)由于受三維的限制引起了更多人的 關(guān)注。量子點(diǎn)是一種三維團(tuán)簇，它由有限數(shù)目的原子組成，尺寸大小 在納米級，這種三維結(jié)構(gòu)的物理行為與原子相似，原子在其中的能量 狀態(tài)分布類似原子的分立能級結(jié)構(gòu)，電子和空穴被束縛在一個(gè)相對小 的區(qū)域內(nèi)，使電子之間的庫倫作用及其顯著，量子點(diǎn)的分立能及結(jié)構(gòu) 和庫侖電荷效應(yīng)是其基本的物理特性。工業(yè)發(fā)展需要深入研究納米尺寸半導(dǎo)體的性質(zhì)LED發(fā)展中的應(yīng)用全球能源危機(jī)以及人們節(jié)能環(huán)保意識的逐步增強(qiáng)，大量節(jié)能環(huán)保 材料走進(jìn)了我們的生活。發(fā)光二極管(LED

2、)因耗能低、產(chǎn)熱少、 壽命長等優(yōu)點(diǎn)正逐步取代傳統(tǒng)的照明材料，成為新一代的照明光源目 前，熒光粉發(fā)光材料已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到LED照明和顯示技術(shù)中， 但是熒光粉的光衰大、顆粒均勻度差、使用壽命短，仍然不是最好的 LED發(fā)光材料。有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)也是目前新一代LE D的研究熱點(diǎn)，但其在高溫環(huán)境下高分子涂層易老化，使用壽命也受 到一定影響。量子點(diǎn)比熒光粉的發(fā)光效率更高、使用壽命更長、顏色 的純度更好，成為目前新型LED發(fā)光材料的研究熱點(diǎn)。太陽能電池方面的應(yīng)用在傳統(tǒng)的太陽能電池中，高能光子被吸收產(chǎn)生光生載流子后多余的能 量將轉(zhuǎn)換為熱損失，低能光子則無法被吸收，因此能量的利用率較低。 而量子點(diǎn)太

3、陽能電池作為第三代電池，在提高轉(zhuǎn)換效率方面具有很大 的潛力。一方面，由于量子限制效應(yīng)使量子點(diǎn)的光學(xué)帶隙可通過尺寸 來調(diào)控，因此可將其用于多結(jié)疊層結(jié)構(gòu)中而擴(kuò)展對太陽光的吸收譜； 另一方面，量子點(diǎn)的碰撞電離效應(yīng)可以使一個(gè)高能光子產(chǎn)生多個(gè)電子 空穴對，因此電池的內(nèi)量子效率將大大提高。無機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)敏化 太陽能電池(QDSC)太陽能電池的重要發(fā)展方向，近年來受到人們的廣 泛關(guān)注。量子點(diǎn)具有帶隙可調(diào)、制備簡單、消光系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，特別 是多激子效應(yīng)的產(chǎn)生可以使得量子點(diǎn)電池的效率高達(dá) 44%1。但 是,QDSCs電池的光電轉(zhuǎn)換效率目前還遠(yuǎn)低于理論效率，因此，為了獲 得高性能QDSC電池器件，必須對電池關(guān)鍵

4、材料進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用對生物體內(nèi)及生命過程中蛋白質(zhì)、核酸、多肽等重要生物分子 的高靈敏分析檢測，是生命科學(xué)研究領(lǐng)域的重要難題。探索和發(fā)展高 靈敏分析檢測方法也一直是這一領(lǐng)域研究者努力的方向。熒光分析法 是生物學(xué)研究中十分重要的方法之一，其檢測靈敏度很大程度上取決 于標(biāo)記物的發(fā)光強(qiáng)度和光化學(xué)穩(wěn)定性，目前使用的有機(jī)熒光染料由于 其不可克服的熒光性能缺陷：激發(fā)光譜窄，發(fā)射光譜寬而拖尾，易光 致漂白及自身的毒性等，極大地限制了其在生命科學(xué)中的應(yīng)用。近十 年來，由于量子點(diǎn)在合成和性質(zhì)改造上所取得的顯著成果，使其在眾 多的學(xué)科中特別是生命科學(xué)中產(chǎn)生了很大的影響。作為一種新型的無 機(jī)熒光納米

5、材料，因其獨(dú)特的熒光性質(zhì)一優(yōu)良的光譜特性和光化學(xué)穩(wěn) 定性，而被廣泛地應(yīng)用于生命科學(xué)的許多領(lǐng)域。1998年Nie和Alivisatos 研究研究小組同時(shí)在sciences上報(bào)導(dǎo)了量子點(diǎn)應(yīng)用于細(xì)胞及組織的標(biāo) 記成像研究成果，標(biāo)志著量子點(diǎn)在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用開始起步。近年 來，量子點(diǎn)作為生物熒光標(biāo)記物，逐步地應(yīng)用于蛋白質(zhì)及DNA的檢 測，細(xì)胞的一元及多元標(biāo)記成像，活細(xì)胞生命動(dòng)態(tài)過程的示蹤及活體 動(dòng)物體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞的靶向示蹤等許多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，并取得了一系 列的突破性研究進(jìn)展。昭示了具有獨(dú)特?zé)晒庑阅艿牧孔狱c(diǎn)將會(huì)在基因 組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、臨床診斷學(xué)、藥物篩選等研究領(lǐng)域 取得引人矚目的成果。量子

6、點(diǎn)制備方法的發(fā)展量子點(diǎn)的制備主要分為兩大類：一是在有機(jī)體系中合成；二是在水溶 液中直接制備。在有機(jī)體系中合成此類方法主要是基于有機(jī)物與無機(jī)金屬化合物或有機(jī)金屬化合 物之間的反應(yīng)進(jìn)行，大多是在非極性有機(jī)相中通過高溫?zé)崃呀夥磻?yīng)制 備，所制備的量子點(diǎn)具有幾乎完美的晶體結(jié)構(gòu)，良好的單分散性和 較強(qiáng)的光穩(wěn)定性，且不容易團(tuán)聚。通過長期的發(fā)展，這種方法是目前 合成高質(zhì)量量子點(diǎn)最成功的方法之一。在水溶液中合成為了更好地?cái)U(kuò)大量子點(diǎn)的分析應(yīng)用領(lǐng)域，量子點(diǎn)的水溶性顯得尤 為重要，與有機(jī)相合成法相比，水相合成法的原料來源方便，試驗(yàn)條 件溫和、方法簡便、綠色且廉價(jià)。水相合成的量子點(diǎn)尺寸一般小于5 nm,其表面鍵合的配體

7、含有羧基和氨基等官能團(tuán)，因此具有非常好 的水溶性，可以采用靜電吸附或共價(jià)偶聯(lián)等方法直接與生物分子連 接。因此，研究在水溶液中直接合成量子點(diǎn)熒光納米顆粒有著重要 的意義。目前，常用的水相制備方法有傳統(tǒng)水相合成法、高溫水熱法 以及微波輔助水熱合成法等。為克服上述傳統(tǒng)水相制備方法的缺點(diǎn)， ZHAND等在2003年發(fā)展了高溫水熱方法高溫水熱制備方法不僅繼 承了傳統(tǒng)水相法的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了水相法中回流溫度不能超過10 oc的缺點(diǎn)。由于制備溫度的提高，使得量子點(diǎn)成核和生長所需的時(shí) 間明顯縮短，制備得到的量子點(diǎn)表面缺陷也顯著減少，表現(xiàn)為量子點(diǎn) 的熒光量子效率有較大提高。因此，高溫水熱法是目前直接合成水溶 性量子點(diǎn)的水相制備方法