量子点计算计划.doc

1、SiAu 纳米量子点研究计划一.研究背景半导体的低维结构由于量子限制效应而表现出许多独特的光、电特性，成为人们研究的热点，量子点由于受三维的限制引起了更多人的关注。量子点是一种三维团簇，它由有限数目的原子组成，尺寸大小在纳米级，这种三维结构的物理行为与原子相似，原子在其中的能量状态分布类似原子的分立能级结构，电子和空穴被束缚在一个相对小的区域内，使电子之间的库伦作用及其显著，量子点的分立能及结构和库仑电荷效应是其基本的物理特性。工业发展需要深入研究纳米尺寸半导体的性质（1）LED 发 展中的应 用全球能源危机以及人们节能环保意识的逐步增强，大量节能环保材料走进了我们的生活。发光二极管（）因耗能

2、低、产热少、寿命长等优点正逐步取代传统的照明材料，成为新一代的照明光源目前，荧光粉发光材料已经被广泛地应用到照明和显示技术中，但是荧光粉的光衰大、颗粒均匀度差、使用寿命短，仍然不是最好的发光材料。有机发光二极管（）也是目前新一代的研究热点，但其在高温环境下高分子涂层易老化，使用寿命也受到一定影响。量子点比荧光粉的发光效率更高、使用寿命更长、颜色的纯度更好，成为目前新型发光材料的研究热点。（2）太阳能电池方面的应用在传统的太阳能电池中，高能光子被吸收产生光生载流子后多余的能量将转换为热损失，低能光子则无法被吸收，因此能量的利用率较低。而量子点太阳能电池作为第三代电池，在提高转换效率方面具有很大的

3、潜力。一方面，由于量子限制效应使量子点的光学带隙可通过尺寸来调控，因此可将其用于多结叠层结构中而扩展对太阳光的吸收谱；另一方面，量子点的碰撞电离效应可以使一个高能光子产生多个电子空穴对，因此电池的内量子效率将大大提高。无机半导体量子点敏化太阳能电池(QDSC)太阳能电池的重要发展方向,近年来受到人们的广泛关注。量子点具有带隙可调、制备简单、消光系数高等优点,特别是多激子效应的产生可以使得量子点电池的效率高达 44%1。但是,QDSCs 电池的光电转换效率目前还远低于理论效率,因此, 为了获得高性能 QDSC 电池器件, 必须对电池关键材料进行协同优化。（3）在生物医学方面的应用对生物体内及生命

4、过程中蛋白质、核酸、多肽等重要生物分子的高灵敏分析检测，是生命科学研究领域的重要难题。探索和发展高灵敏分析检测方法也一直是这一领域研究者努力的方向。荧光分析法是生物学研究中十分重要的方法之一，其检测灵敏度很大程度上取决于标记物的发光强度和光化学稳定性，目前使用的有机荧光染料由于其不可克服的荧光性能缺陷：激发光谱窄，发射光谱宽而拖尾，易光致漂白及自身的毒性等，极大地限制了其在生命科学中的应用。近十年来，由于量子点在合成和性质改造上所取得的显著成果，使其在众多的学科中特别是生命科学中产生了很大的影响。作为一种新型的无机荧光纳米材料，因其独特的荧光性质优良的光谱特性和光化学稳定性，而被广泛地应用于生

5、命科学的许多领域。1998 年 Nie 和 Alivisatos 研究研究小组同时在 sciences 上报导了量子点应用于细胞及组织的标记成像研究成果，标志着量子点在生物学领域的应用开始起步。近年来，量子点作为生物荧光标记物，逐步地应用于蛋白质及.DNA 的检测，细胞的一元及多元标记成像，活细胞生命动态过程的示踪及活体动物体内的肿瘤细胞的靶向示踪等许多生物医学领域，并取得了一系列的突破性研究进展。昭示了具有独特荧光性能的量子点将会在基因组学、蛋白质组学、细胞生物学、临床诊断学、药物筛选等研究领域取得引人瞩目的成果。量子点制备方法的发展量子点的制备主要分为两大类：一是在有机体系中合成；二是在水

6、溶液中直接制备。（1）在有机体系中合成此类方法主要是基于有机物与无机金属化合物或有机金属化合物之间的反应进行，大多是在非极性有机相中通过高温热裂解反应制备，所制备的量子点具有几乎完美的晶体结构，良好的单分散性和较强的光稳定性，且不容易团聚。通过长期的发展，这种方法是目前合成高质量量子点最成功的方法之一。（2）在水溶液中合成为了更好地扩大量子点的分析应用领域，量子点的水溶性显得尤为重要，与有机相合成法相比，水相合成法的原料来源方便，试验条件温和、方法简便、绿色且廉价。水相合成的量子点尺寸一般小于，其表面键合的配体含有羧基和氨基等官能团，因此具有非常好的水溶性，可以采用静电吸附或共价偶联等方法直接

7、与生物分子连接。因此，研究在水溶液中直接合成量子点荧光纳米颗粒有着重要的意义。目前，常用的水相制备方法有传统水相合成法、高温水热法以及微波辅助水热合成法等。为克服上述传统水相制备方法的缺点，ZHAND 等在 2003 年发展了高温水热方法高温水热制备方法不仅继承了传统水相法的优点，而且克服了水相法中回流温度不能超过的缺点。由于制备温度的提高，使得量子点成核和生长所需的时间明显缩短，制备得到的量子点表面缺陷也显著减少，表现为量子点的荧光量子效率有较大提高。因此，高温水热法是目前直接合成水溶性量子点的水相制备方法，微波辐射作为一种新型的加热方式由于升温速度快、温度梯度小、选择性加热等优点已用于荧光量子点的合成。与高温水热法相比，量子点的微波合成反应时间极短，通常只需几十分钟甚至几分钟，所合成的量子点尺寸更均匀，量子产率更高。