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氧化锌量子点的制备与应用研究
刘凯凯
Subtype博士
Thesis Advisor单崇新
2018
Degree Grantor中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
Place of Conferral中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
Degree Name博士
Keyword氧化锌量子点 荧光猝灭 发光二极管 荧光墨水 信息加密
Abstract氧化锌量子点(ZnO QDs)因良好的生物相容性、禁带宽度可调、环境友好、高量子效率以及易于合成等诸多优点,在荧光墨水,生物成像以及健康照明等领域有着潜在的应用前景。然而,氧化锌量子点的制备仍然相对繁琐并且产量较低(小于1克),其在酸性条件和金属离子存在的条件下存在严重的荧光猝灭问题。本论文中,针对这些问题,我们首次一次性大规模制备了高量子效率的氧化锌量子点,利用其在酸性和金属离子存在条件下荧光猝灭的问题,实现了在酸雨检测,高级信息加密,可重复书写等方面的应用。最后我们以氧化锌量子点为空间载体分离碳点,制备了碳-氧化锌交替量子点链,并且探究其在健康照明方面的应用。具体创新性如下:1、以醋酸锌为前驱体,氢氧化钾作为碱源,一次性制备了34克氧化锌量子点荧光粉末。详细研究了在不同条件下合成的ZnO QDs的结构及其发光特性。瞬态光谱研究发现其发光主要来自于表面缺陷和深能级电子空穴的复合发光。我们以所制备的氧化锌量子点粉末作为荧光粉,成功制备黄光发光二极管(LED),为制备廉价、环保型氧化锌量子点LED打下了基础。2、详细探究了所合成的ZnO QDs在酸性和金属铜离子环境下的荧光猝灭现象,利用其不同的荧光猝灭机理分别实现了如下应用:第一,利用其在酸性条件下不稳定,荧光猝灭这一“缺点”,以食用醋为擦除剂,小苏打为中和剂,氧化锌量子点为荧光墨水,实现了纸张的数次可重复擦写;第二,研究了氧化锌量子点和碳点复合溶液的的光学特性。研究发现,当周围环境的pH值小于5.5时,荧光颜色由黄色变为蓝色,对应于标准酸雨的pH值。以氧化锌量子点和碳点作为复合纳米材料,实现了对酸雨的双比色检测;这种基于裸眼可视化的酸雨检测,为将来酸雨的检测提供了一种简单可行的方法。第三,利用ZnO QDs在酸性条件下和铜离子条件下的不同的荧光猝灭机理,以铜离子的水溶液作为墨水,以氧化锌量子点作为荧光材料,醋蒸汽作为擦除剂,实现了信息的高级加密。3、以氧化锌量子点作为空间载体,以硅烷偶联剂作为链接剂,制备了具有白光发射的碳-氧化锌交替量子点链。该结构一方面解决了碳点由聚集引起的荧光猝灭的问题,另一方面氧化锌量子点不仅能作为空间载体,同时还能发射黄色的荧光,与碳点发出的蓝光混合成白色发光。所制备的碳-氧化锌交替量子点链量子效率为49%,在100~oC以内保持良好的热稳定性。我们以CZA-QDCs的粉末作为荧光粉,制备了紫外光激发的白光LED。所制备白光LED的发光效率为20.1lm/W,色坐标为(0.30,0.35),色温为5205K,显色指数为84,为ZnO材料将来用于无毒且环境友好的荧光粉提供了可能。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61701
Collection中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
Recommended Citation
GB/T 7714
刘凯凯. 氧化锌量子点的制备与应用研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.
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