过渡金属硫族化合物量子点的制备及其光学特性研究

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在2004年,Novoselov等人成功地剥离了原子层级薄的单层石墨,即石墨烯。在全世界引起了科研工作者们对层状材料的热情。然而,由于石墨烯没有电子带隙,限制了石墨烯的应用。而具有类似结构的过渡金属硫族化合物(transition metal-dichalcogenide,TMDC)材料则表现出有限的带隙,其独特的电子特性和光学特性已经成为当前的研究热点。而TMDC量子点由于在尺寸上处于纳米级别,受量子尺寸效应的影响,呈现出新颖的物理电子光学等特性,成为新一类纳米材料。最近的一些研究已经显示出TMDC量子点在能源、生物、医疗、传感以及催化等方面的广阔应用前景。在本篇硕士论文中,我们优化了制备过渡金属硫族化合物量子点的方法,通过液相激光烧蚀和液相超声破碎法成功的制备出具有尺寸分布均一、具有晶相结构的WS2量子点和WSe2量子点,并在此基础上增强了其荧光强度,此外还首次将WSe2量子点用于激光增益介质,且实现了激光发射。本论文的主要研究内容如下:第一部分:概述了 TMDC材料结构性质以及量子点的相关定义,总结介绍了过渡金属硫族化合物量子点的制备方法和应用,进一步阐述了本文的研究内容和思路。第二部分:介绍本文的实验过程及结果,通过液相激光烧蚀的方法制备出以无水乙醇为溶剂的WS2量子点和以聚乙二醇400(PEG400)为溶剂的WSe2量子点,并用透射电子显微镜表征了其中的一些样品的形貌特征,表明我们制备的量子点具有晶相结构的特性。通过液相超声破碎法制备的以PEG400为溶剂的WSe2量子点,并用透射电子显微镜(TEM)表征了以PEG400为溶剂的WSe2量子点的形貌特征,表明我们制备的量子点具有晶相结构的特性。第三部分:分析了所制备的量子点的荧光特性,通过对比找到了增强量子点荧光特性的途径。在此基础上通过设计以此类量子点为激光增益介质的不同类型的激光微腔(法布里-珀罗激光腔、回音壁模式微腔),实现了基于过渡金属硫族化合物量子点的激光发射,在实验中证实了此类材料应用于激光工作物质的可行性。
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