【摘 要】
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碳点（Carbon dots,CDs）是空间尺寸小于10纳米的零维碳基材料,由于量子局域和限域效应,具有优良的物理、化学特性,如从紫外到红外可调的光致发光、宽光谱吸收、超快光生载流子转移能力、丰富的表面化学特性等,在光电器件、化学、生物医学等领域具有潜在和广阔的应用,并已发展成为一个包括物理、化学、材料、生物、医学等多学科交叉的研究热点。本论文针对CDs在光电器件的实际应用,制备获得粉末状和分散于
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碳点（Carbon dots,CDs）是空间尺寸小于10纳米的零维碳基材料,由于量子局域和限域效应,具有优良的物理、化学特性,如从紫外到红外可调的光致发光、宽光谱吸收、超快光生载流子转移能力、丰富的表面化学特性等,在光电器件、化学、生物医学等领域具有潜在和广阔的应用,并已发展成为一个包括物理、化学、材料、生物、医学等多学科交叉的研究热点。本论文针对CDs在光电器件的实际应用,制备获得粉末状和分散于固体基质的CDs材料并对他们的光电特性进行了研究。首次将太赫兹（THz）时域光谱技术应用于CDs的载流子动力学特性研究,应用光学方法测量获得CDs的关键材料物理参数,并对碳点与光交互作用机理进行了探索。同时,基于CDs优越的物理、化学特性,将其应用于声致发光机理的探索研究。本学位论文主要研究内容和取得的结果如下:（1）研究了荧光碳点（fluorescence carbon dots,FCDs）太赫兹光电特性。利用低温变温太赫兹时域光谱测量,观测到随着THz辐照频率、温度增加,粉末CDs出现新颖的绝缘体-半导体态转变,测量到相关光电导的实部和虚部,获得了 CDs基本材料物理参数,如载流子浓度、载流子弛豫时间、载流子局域化因子等。（2）研究了 FCDs的太赫兹磁光电物理特性。实验测量到在磁场作用下固体基质（如PVA）中CDs的左旋、右旋光电导的实部和虚部,在非回旋共振条件下测量出CDs的载流子有效质量,以及通过磁光测量获得载流子浓度、载流子弛豫时间等关键材料物理参数。相关表征研究及结果分析表明,表面基团中较大占比的羧基会形成P型CDs,研究的PVA基质中CDs的载流子为有效质量较大的空穴,其有效质量可达2.25me（me为静止电子质量）。（3）研究了 CDs 对多泡声致发光（Multi-bubble sonoluminescence,MBSL）效应的影响。对比研究了纯水中与CDs水溶液中的MBSL效应,通过声致发光（sonoluminescence,SL）光谱测量,观测到SL从水中的蓝光变为了 CDs水溶液中橙光,其黑体辐射温度下降。SL作用前、后的CDs的表征结果表明,在SL产生的羟基自由基（OH·）的作用下,CDs表面基团被氧化为羧基。CDs的存在抑制了 OH·参与声致发光过程,可实现对SL光谱的调制。（4）研究了 CDs对单泡声致发光（Single bubble sonoluminescence,SBSL）效应的影响。对比研究了纯水与CDs水溶液中的SBSL效应,我们观测到SL光谱的两种发光机制,一种是来自等离子体的黑体辐射光谱,另一种是来自于分子、原子激发态的特征光谱,可用黑体辐射公式与多高斯函数的叠加进行良好拟合。CDs的存在使SL黑体辐射温度显著下降,并引入新的特征发光中心。结合SL作用后CDs的变化推论CDs表面羧基参与了 SL中等离子体形成过程,CDs对等离子体的调制作用为理解SL发光机理提供了新信息。本论文创新点为:（1）首次将太赫兹时域光谱测量应用于CDs的载流子动力学特性研究,观测到随温度、THz频率增加CDs的绝缘态-半导体态的转变。并在非回旋共振条件下,实验测量到CDs的载流子有效质量。运用光学方法,无接触式测量获得了 CDs的关键材料物理参数,如载流子浓度、有效质量、弛豫时间、局域化因子,为CDs在光电器件应用提供科学研究基础。（2）首次将CDs应用于声致发光效应的研究,观测到CDs对多泡、单泡声致发光不同的调制作用,观察到不同的发光谱,为理解SL发光微观机理提供了重要信息。
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