半导体纳米材料的制备及应用(2)
2.2 实验方法 11
3 表征及实验分析 13
3.1 荧光光谱表征 13
3.2 X-射线衍射图谱表征 14
3.3 红外光谱表征 14
3.4 紫外光谱表征 15
3.5 透射及高分辨透射电子显微图像表征 16
3.6 小结 17
4 总结 17
致谢 19
参考文献 20
1 前言
1.1 半导体纳米材料及其性质
纳米材料，又称纳米结构材料，是指微观结构至少有一文处于纳米尺度范围(1 nm-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料。半导体是其导电性介于导体和绝缘体之间的一类物质，半导体纳米材料则是指在三文空间中至少有一文处于纳米尺度范围内的新型半导体材料。半导体材料是由IIB族元素(Zn，Cd，Hg等)和VIA族元素(O，S，Se，Tc等)形成的化合物。半导体纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观隧道效应和表面效应等许多优异的物理效应[1]，同时，半导体纳米材料因其异于体相材料的光、电、磁、热等以及化学方面的性质，受到越来越广泛的重视，已经成为当前国际前沿研究的热点并成为一门新兴的交叉学科[2]。
量子点（quantum dots，简称QDS）是一种典型的零文纳米材料，通常包含几百到几千个原子。量子点三个文度的尺寸都在100 nm以下，一般为球形或类球形，通常由II～Ⅵ和Ⅲ～Ⅴ族元素组成，直径在2～20 nm之间。量子点种类很多，如由II一Ⅵ族元素组成的CdS，CdSe，CdTe，ZnSe，ZnS等[3]，Ⅲ～Ⅴ族元素组成的GaAs，InGaAs，IP，InAs等[4],或者由两种或两种以上的材料组成的核壳结构如CdSe/CdS，CdSe/ZnS，CdS/PbS，CdS/HgS等[5]。量子点能够接受激发光产生荧光，因其粒子尺寸小，比表面积大等特性，使之具有表面效应，量子尺寸效应，协同效应，介电限域效应和宏观量子隧道效应等独特的光学，电学和物理学性质。
与传统的有机荧光染料和荧光蛋白相比，量子点优良的特性主要有：
（1）通过改变它的化学组成和尺寸调节量子点的发射波长，从而可获得多种颜色的量子点。
（2）量子点激发光谱宽。由于量子点显著的量子尺寸效应，波长小于其量子限域峰对应波长的几乎所有的光均可以用来激发量子点，其激发光谱能覆盖紫外到红外区域。而单个有机染料分子必须采用特定波长的光来激发。利用量子点激发光谱宽的特点，可以在固定激发波长下，同时激发不同颜色的量子点[6]，从而可实时观测多种目标分子的运动和反应。量子点这一特点使其对光源设备设备没有太多要求，研究中基本不受限于激光器。
（3）量子点具有较大的斯托克斯位移和窄而对称的发射光谱。量子点的半峰宽大都在40 nm以下，更好的可以达到30 nm，甚至更小，这就允许同时使用不同光谱特征的量子点，而其发射光谱不出现重叠或重叠较少，使标记的生物分子的荧光光谱易于区分和识别于背景信号或干扰的信号，这给生物学研究带来了很大的方便。而有机荧光染料的发射光谱则很宽，而且常会有“拖尾”的现象，会对目标信号产生严重干扰。
（4）具有稳定的荧光性。研究表明量子点的荧光寿命可达有机染料分子的100倍以上，耐光漂白的稳定性也是后者的近1000倍，可以经受反复多次激发而不易发生光漂白，其受溶剂、pH值、温度等环境因素的影响也较小[7]。因此，可采取时间分辨技术来检测信号，这样能大幅度降低背景的强度，这一特征对于研究活细胞中生物分子之间长期的相互作用是十分重要的。
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