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　　纳米材料 量子点介绍

　　半导体荧光量子点的制备 及应用

　　导师：费敬银 姓名：彭秋艳 学号：2015201970

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　　目录

　　1 2 3 4

　　量子点的简介 量子点的制备方法 量子点的应用 前景展望

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　　1.简介定义：是一种准零维的纳米材料，由II-ⅥA或IIIA-VA元素 组成的稳定的、尺寸在100nm以下的纳米晶粒。

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　　量子点的量子效应

　　01

　　02

　　03

　　04

　　05

　　表面效应 宏观量子 量子限域 量子尺寸 库伦阻塞 隧道效应 效应 效应 效应

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　　量子限域效应：颗粒半径小于或接近于波尔半径，纳米电子被限制在波尔半径以内,电子平均自由程很短,电子的局 域性和相干性增强。

　　量子尺寸效应：当半导体粒子尺寸与其激子波尔半径相近时，随着粒子尺寸的减小，半导体材料粒子的有效带隙增加， 其相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移。

　　库伦阻塞效应：对于量子点来说,当与其相关电极的电容之和很小(小于F)时,只要有一个电子进入量子点中,系统所增加 的静电能就会远远大于电子热运动的能量,这个静电能量会阻 止之后的第二个电子进入同一个量子点,此现象被称为库仓阻 塞效应。2016/3/28

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　　2.量子点的制备高荧光量子产率， 单分散性，稳定性

　　廉价，操作简单， 环境友好，重现性高

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　　2.1有机相制备在有机相中制备量子点主要采用有机金属法,有机金属法是在 高沸点的有机溶剂中利用前躯体热解制备量子点的方法。

　　该法通常是在无水无氧的条件下，将有机金属前躯体溶液注 射进250~300℃的配体溶液中,前躯体在高温条件下迅速热 解并成核，晶核缓慢生长成为纳米晶粒。通过配体的吸附作 用阻滞晶核生长，并稳定存在于溶剂中。

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　　量子点有机制备的两个发展趋势： 一:合成方法上的改革，使用一些低成本，低污染的绿色环 保型试剂代替高毒，昂贵的试剂。例如油酸，液体石蜡的使 用代替TOPO,TOP 等。 二:合成量子点结构上的变化。从最初的单核结构量子点,到 核壳式结构量子点，再到近来合成比较热门的混晶多元量子 点。混晶多元量子点具有更加优异的光学性能，通过改变组 成比例不用改变量子点尺寸来实现发光光谱的调节获得覆盖 近红外以及整个可见光区光谱，这是二元量子点无法实现的 。在操作过程中，改变前体的组成比例往往比调节尺寸更 容易控制而且精确度更高。

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　　2.2水相制备目前，水溶液制备量子点的技术比较成熟，通常用巯基小分 子(巯基乙酸或巯基丙酸) 作稳定剂，采用水热法和微波 辐射法来制备。 水热法：水热法是无机合成和晶体制备相结合的方法。它是 指在特制的密闭反应器(如高压反应釜)中，以水作为反应 体系，通过将水加热到超临界温度或接近超临界温度，在反 应体系内产

　　生高压，从而进行无机合成与材料制备的一种方 法。 微波辐射法:微波辐射加热的方法是利用微波从分子内部加 热且升温速度快，这种加热方式避免了普通水浴或油浴局部 过热以及量子点生长速度缓慢等问题。制得的量子点尺寸分 布均匀，半峰宽较窄，荧光量子产率较高。2016/3/28

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　　3.量子点的应用01 在生物学中的应用

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　　在光电学元器件中的应用

　　03

　　在环境科学中的应用

　　04

　　在产品质量检测中的应用

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　　3.1在生物学中的应用3.1.1量子点作为生物标记的应用

　　量子点最有前途的应用领域是在生物体系中作为荧光探针， 将不同材料制成的量子点与生物分子相偶联，在细胞器定位、 信号传导、胞内组分的运动和迁移等细胞生物学方面的研究 中发挥巨大的作用。

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　　荧光量子点优于普通有机荧光粉的原因：1)量子点产生的荧光波长由材料的尺寸决定。 2)量子点的荧光强度高、稳定性好。 3)量子点吸收光谱宽且连续，发射光谱窄而对称。 4)量子点光谱具有明显的斯托克斯位移，便可轻易分辨

　　出所需的荧光谱。5)量子点易于与生物分子嫁接，毒性低，适合用做生物 标记。 6)量子点的荧光寿命长。

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　　3.1.2量子点在医学成像中的应用

　　细胞生物学中一个重大的突破就是活细胞成像。细胞 或细胞组分成像的标准方法是用荧光物质对相关部位 进行标记。量子点具有独特的光物理学和光化学特性 ，这使其不仅适合单分子成像，也可以进行组织整体 的成像研究。

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　　3.1.3量子点作为高通量筛选生物芯片的应用 生物芯片技术是一种高通量检测技术，如现有的基 因芯片和细胞芯片，因受到目前荧光探针性能的限 制，一次通常只能将一种或几种标记了荧光探针的 蛋白质与芯片作用，很难实现多种蛋白质的一次性 分析和研究。但是量子点可以将想要研究的各种蛋 白质用一系列材料、大小、光谱特性各不相同的量 子点或者量子点微球进行标记，具有一元激发多元 发射的性能，同时检测所有标记的蛋白质，极大地 提高了工作效率。

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　　3.1.3量子点在溶液矩阵中的应用

　　溶液矩阵：即将不同的量子点或量子点微粒标记在生 物分子上，并置于溶液中，形成溶液矩阵。生物分子 在溶液状态下容易保持其正常的三维构象，从而有正

　　常的生物功能，这是其优先于平面芯片之处。

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　　3.2在光电学元器件中的应用量子点激发器

　　1量子计算机

　　5

　　2半导体 量子点

　　量子点红外 探测器

　　显示器件

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　　3

　　单电子器件

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