量子点材料PPT课件

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与有机相合成相比，水相合成具有操作 简单、成本低、毒性小等优势，而且无需进 一步的表面修饰即可应用在生物医学领域。
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Al2Te3和H2SO4
传统水相加热回流法
H2Te气体
N2鼓入
Cd金属盐和配体溶 液
水溶性CdTe前驱体溶 液
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介电限域效应
由于量子点与电子的De Broglie波长、相干波长及激 子Bohr半径可比拟，电子局限在纳米空间，电子输运 受到限制，电子平均自由程很短，电子的局域性和相 干性增强，将引起量子限域效应
量子隧道效应
纳米导电区域之间形成薄薄的量子垫垒，当电压很低 时，电子被限制在纳米尺度范围运动，升高电压可以 使电子越过纳米势垒形成费米电子海，使体系变为导 电.电子从一个量子阱穿越量子垫垒进入另一个量子阱就
三元量子点（CdSexTe1-x、CuInS2）
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碳量子点（CQDs or CDs ）
碳纳米材料家族的新秀——碳量子点是一类 由碳、氢、氧、氮等元素组成，以sp2 杂化碳为主 的表面带有大量含氧基团，且颗粒尺寸小于10 nm 的准球型碳纳米粒子。具有高的载流子迁移率、良 好的热学和化学稳定性以及环境友好性、价格低廉 等无可比拟的优势。
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2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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量子点的物理效应
量子尺寸效应 通过控制量子点的形状、结构、尺寸，可以很方便 的调节其能隙宽度、束缚能大小以及激子的能量蓝 移等电子状态
表面效应
粒径减小，比表面积增大，表面原子数量增多，导
致表面原子配位数不足，表面断键增多，使量子点
活性增大。同时表面缺陷导致陷阱电子或空穴影响
量子点的发光特性，
主要是将有机金属前驱体溶液注射进高温配体 溶液中，前驱体在高温条件下迅速热解并成核，接 着晶核缓慢生长为纳米晶（简称 TOP/TOPO 法）。
前驱体：二甲基镉 三辛基硒（碲、硫）磷
配体： 三辛基氧磷（TOPO）
注入
高温 （200-600℃）
CdTe量子点
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有机合成量子点示意图
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这种方法缺点巨大
量子点具有很好的光稳定性。量子点的荧光强度 比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍， 它的稳定性更是“罗丹明6G”的100倍以上。因此， 量子点可以对标记的物体进行长时间的观察，这 也为研究细胞中生物分子之间长期相互作用提供 了有力的工具。
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量子点具有宽的激发光谱和窄的发射光谱。使用 同一激发光源就可实现对不同粒径的量子点进行 同步检测，因而可用于多色标记，极大地促进了 荧光标记在中的应用。此外，量子点具有窄而对 称的荧光发射峰，且无拖尾，多色量子点同时使 用时不容易出现光谱交叠。
出现了量子隧道效应
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量子点主要的性质: 光学特性
量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大 小来控制。通过改变量子点的尺寸和它的化学组 成可以使其发射光谱覆盖整个可见光区。以CdTe 量子为例，当它的粒径从2.5nm生长到4.0nm时， 它们的发射波长可以从510nm红移到660nm
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多重激子效应（Multiple Exciton Generation， 简称MEG）可通过一个光子能量产生多个激子或 电子空穴对，更加有效的利用太阳能
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量子点的种类
C量子点 一元量子点
量子点
二元量子点
Si量子点 不含重金属的量子点（ZnO、SiO2)
含重金属的量子点（CdS、PbS等）
很多原料都需要在标准的无氧无水下进行 操作
实验操作所需的氩气流动下的手套箱，是 一笔不菲的开支
高纯度的原料要求也不是一般的厂家所能 生产的
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需要用的金属化合物前驱体（如二甲基镉 Cd(CH3)2） 具有相当大的毒性和自燃性，价格昂贵， 在室温下不稳定，需要高压储存，反应时 在注入时会爆炸性地释放出大量气体和热。
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量子点的制备方法
量子点的合成方法包括外延技术（如MBE、MOVPE、 LPE等）以及化学方法(如金属有机合成法、水相合 成法、连续离子层吸附反应法、微乳液法、溶胶凝胶法、溶剂热法、共沉淀法等等)。其中金属有 机合成法、水相合成法、连续离子层吸附反应法量 子点晶体生长好，量子产率高
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量子点的制备
因此，用 Cd(CH3)2的相关合成方法，并不适 合大量的生产。
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2.水相合成法
经过人们十多年的研究，在水溶液中合 成纳米颗粒已发展成为一种比较成熟的方法。 研究人员采用各种巯基化合物，如巯基酸、 巯基醇、巯基胺以及巯基氨基酸等小分子作 为稳定剂，在水溶液中，100℃的条件下晶 化生长 CdTe 荧光纳米颗粒。
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SiC量子点
新型SiC 量子点荧光标记与成像材料是一种生 物惰性陶瓷材料，具有生物相容性及光学性能优良 等特点。
采用化学腐蚀法制备碳化硅量子点由于工艺操 作简单、可一步法实现量子点的表面修饰而成为目 前制备碳化硅量子点的主流方法之一。
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ZnO量子点
氧化锌量子点作为一种半导体材料具备许多优 越的特征:价带一导带的间隙较宽(3.37 eV),激子 结合能相当大(室温下大约60 meV),无毒无害,成本 低廉等等。这些优点使氧化锌是一种很有实用价值 的发光材料。
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量子点具有较大的斯托克斯位移。量子点不同于 有机染料的另一光学性质就是宽大的斯托克斯位 移，这样可以避免发射光谱与激发光谱的重叠， 有利于荧光光谱信号的检测
生物相容性好。量子点经过各种化学修饰之后， 可以进行特异性连接，其细胞毒性低，对生物体 危害小，可进行生物活体标记和检测
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量子点的荧光寿命长。有机荧光染料的荧光寿命 一般仅为几纳秒(这与很多生物样本的自发荧光 衰减的时间相当）。而量子点的荧光寿命可持续 数十纳秒（20ns一50ns)，这使得当光激发后， 大多数的自发荧光已经衰变，而量子点荧光仍然 存在，此时即可得到无背景干扰的荧光信号
量 子 点 制 备 通 常 分 为 top-down 和 bottom-up 两类，前者在晶体表面蚀刻而成， 有立足于组成器件的优势；后者来自于化学 制备，粒径和界面可由反应条件控制，界面 还可以连接不同的化学基团，易于自组织， 这种特点使它在生物体系标记方面大有所为 成为可能。
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1. 有机相合成法