镧掺杂氧化锌量子点的制备及其光学性能与应用研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:k854642
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近年来,半导体发光量子点凭借其独特的光电特性越来越受到人们的重视,在光电子器件、生物荧光标记与成像、医学诊断、传感器、光催化、功能防伪等领域具有极为广阔的应用前景。其中,氧化锌量子点无毒无害、环境友好、制造成本低,已成为光电子材料与器件研究领域的热点。但是,氧化锌量子点目前存在荧光强度和荧光量子产率低等问题。要实现其应用,需设法提高氧化锌量子点的荧光强度和荧光量子产率。荧光防伪油墨具有稳定性好、印刷方便、成本低、易于识别、可靠性高以及隐蔽性好等优势而深受人们的关注,是各国纸币、有价证券、商标的首选防伪技术,成为人们研究的焦点。随着纳米技术的迅猛发展,新型功能纳米材料的不断涌现,将纳米技术和防伪技术相结合研制开发的纳米防伪技术受到大家的青睐。量子点具有发光颜色随尺寸可调,发光效率高、粒径小等特点,是一种很好的纳米添加剂。用量子点代替传统的荧光材料应用于防伪领域,可以获得防伪效果明显的高性能隐形防伪油墨。本论文将量子点与荧光防伪技术两个研究热点结合起来,围绕着提高氧化锌量子点的荧光强度和荧光量子产率及其在防伪领域的应用开展了以下工作:   首先,采用稀土镧离子对氧化锌量子点进行掺杂,制备了具有高荧光强度和高荧光量子产率的镧掺杂氧化锌量子点,对其光学性能和结构特征进行了详细的研究,讨论了镧离子掺杂对氧化锌量子点荧光性能的影响,并对其发光机理进行了初步探索。利用能量散射光谱仪(EDS)和电感耦合等离子体原子发射光谱仪(MS-ICP)对量子点的元素和组成进行了分析;利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对量子点的化学结构进行了分析;X-射线粉末衍射仪(XRD)对量子点的晶体结构进行了表征;通过HitachiJEM-2100F高分辨透射电子显微镜对量子点的形貌进<中文标题>=行了表征;利用紫外可见吸收光谱(UV-vis)、荧光光度计(FL)对其光学性能进行了研究,着重讨论了镧掺杂含量对氧化锌量子点荧光强度和荧光量子产率的影响;研究结果表明,随着镧掺杂含量的增加,氧化锌量子点的荧光强度和荧光量子产率呈现先增大后减小的趋势。当掺杂含量为10mol%时,荧光强度和荧光量子产率达到最大值。通过正电子湮没(PAS)实验的多普勒展宽谱和正电子湮没寿命谱对量子点的缺陷信息进行了表征。研究结果表明,氧化锌量子点在可见光区的发光是缺陷相关的,而镧掺杂对其光学性能的影响也是通过影响其缺陷浓度起作用的。其次,在获得高荧光量子产率氧化锌量子点的基础上,将镧掺杂氧化锌量子点与透明光油复合制备了基于氧化锌量子点的荧光防伪油墨,并对其光学性能和防伪特性进行了研究。该防伪油墨为隐形防伪油墨,其在自然光下无色透明,在紫外光下发出肉眼可辨识的可见光,防伪效果明显。该防伪油墨能够适用于丝网印刷、凹印、凸印等多种印刷方式,可以用于高端产品防伪领域,例如车票、发票、钞票等票据防伪及包装材料防伪等。
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