概念|什麼是半導體量子點,納米顆粒的聚焦效應?

2020-12-05 趣之化學

半導體量子點(quantum dot)是一類納米尺度的極微小的發光納米顆粒,其直徑常在2-20 nm之間。如下圖所示,不通過尺寸顆粒大小,顯示不同顏色。

1981年,瑞士物理學家在水溶液中合成出了硫化鎘膠體時,Brus博士與同事發現不同大小的硫化鎘顆粒可產生不同的顏色。1983年,貝爾實驗室科學家Brus證明了改變硫化鎘膠體的大小,顏色發生改變,其激子能量也隨之變化[2] 。於是,他將這種這種膠體與量子點的概念聯繫起來,首次提出膠狀量子點(colloidal quantum dot)。

氧化鋅量子點的可見發光顏色可以實現從藍紫色到橘黃色之間的調變,可以通過對量子點進行表面修飾或調變其顆粒大小或者控制缺陷等手段實現量子點突光顏色的調變。

最近的研宄發現的超小量子點的藍紫色發光是由於強烈的量子尺寸效應所引起。如,將氧化鋅量子點的乙醇分散液在254 nm的紫外等下輻照,直徑為6 nm的氧化鋅量子點發黃色螢光,直徑為5 nm左右的氧化鋅量子點發綠色螢光,發藍色螢光的量子點的平均顆粒尺寸大約為1.5 nm。

氧化鋅的激子玻爾直徑約為6nm,當納米顆粒的尺寸小於時為量子點,隨著量子點顆粒尺寸的變大其紫外可見吸收邊一直紅移直到塊體的紫外吸收邊370 nm附近處。因此可以通過紫外吸收光譜對量子點的顆粒尺寸進行近似的衡量。量子點半徑越小,吸收帶邊藍移。

總之,能發光納米尺度的顆粒都可以成為量子點。半導體量子點在太陽能轉化、光電器件、藥物載體和細胞成像等領域有廣泛的應用價值。

由奧氏熟化可知在給定的活性單體濃度的情況下存在一個平衡臨界尺寸,當納米顆粒尺寸小於這個臨界尺寸時呈現負的生長速度(即溶解),而當納米顆粒尺寸大於這個臨界尺寸時,生長速度很大程度上依賴於顆粒的尺寸大小。

當顆粒均在臨界尺寸以上時,較小尺寸的顆粒生長速度快於較大尺寸的顆粒生長速度,這種現象就是納米顆粒的尺寸聚焦效應

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