利用湿化学方法制备合成ZnO量子点, 通过改变合成条件(反应时间、反应物浓度、反应温度)对量子点的尺寸及发光性能进行调控。利用透射电子显微镜、吸收光谱、荧光光谱等表征手段, 探讨了合成条件对ZnO量子点光学性质的影响, 并优化出适用于构建白光LED器件的最佳合成条件。研究结果表明, 在反应温度为20 ℃、反应时间为3 h、前驱体Zn(OAc)2和LiOH反应浓度比为2∶1时获得的ZnO量子点较为稳定, 并在紫外光激发下发出明亮的黄绿色光。在此基础上, 以该ZnO量子点为有源层、p-GaN∶Mg基片为空穴注入层、非晶Al2O3薄膜为电子阻挡层构造了p-i-n型异质结LED, 在正向注入电流为5 mA时, 获得了来自于器件的白光发射, 其色坐标为(0.28,0.30), 色温为9 424 K。

采用溶胶凝胶方法和水热法制备了水溶性荧光氧化锌量子点(ZnO-QDs)和碳量子点(C-QDs), 其量子效率分别达到38%和61%。基于所合成的ZnO-QDs和C-QDs制备了氧化锌和碳量子点复合物(ZnO/C-QDs), 并分别对其发光特性进行了研究。透射电镜(TEM)图像表明, 所合成的ZnO-QDs和碳量子点尺寸分布在3~6 nm之间, 分散均匀。光致发光光谱表明, ZnO-QDs和碳量子点的发光峰中心分别位于540 nm和450 nm, 两者发光峰的最佳激发波长为370 nm和350 nm。通过调整ZnO-QDs和C-QDs的体积比, 所制备的ZnO/C-QDs能够实现荧光光谱的连续可调, 并产生了白色荧光。

在有效质量近似下, 计算了盘形量子点中离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命.设盘形量子点由有限长的柱形ZnO材料组成, 四周被MgxZn1－xO包围, 离子施主局域在盘轴.考虑了由于自发极化和压电极化引起的内建电场效应, 并在有限深约束势下采用合适的变分波函数进行.计算结果表明, 量子盘结构参数(盘高度及垒中Mg组分)和离子施主的位置对离子施主束缚激子的结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命有强烈的影响.随着盘高度的增加, 结合能、光跃迁能和振子强度减小, 而辐射寿命增加.对含Mg量较高的盘形量子点, 盘高度对结合能、光跃迁能、振子强度及辐射寿命的影响更显著.当施主杂质位于量子点的左界面附近时结合能(光跃迁能)有极大(极小)值, 而当施主杂质位于量子点的右界面附近时结合能(光跃迁能)有极小(极大)值.

本文采用均匀沉淀法, 在室温条件下, 合成了较为稳定的ZnO量子点。用荧光光谱法、紫外可见分光光度法分析了ZnO量子点与头孢哌酮的相互作用, 用Stern-Volmer 方程研究了头孢哌酮对ZnO量子点的荧光猝灭作用, 结果表明属于静态荧光猝灭, 计算了不同温度时的猝灭常数(292K: 9.550×103 L·mol-1、303K: 5.980×103 L·mol-1、313K: 4.412×103 L·mol-1)和热力学参数, 证明二者主要以范德华作用和氢键作用力结合。根据 Forster 的偶极-偶极非辐射能量转移原理计算出结合位置距离色氨酸残基2.47nm, 发生分子内的非辐射能量转移。为探讨纳米颗粒与此类药物分子之间相互作用的化学机理提供了重要的信息。

利用化学合成方法制备了Ag纳米线和ZnO量子点。对这两种纳米结构的表面形貌、晶体结构和光学性质分别进行了研究。结果表明: Ag纳米线和ZnO量子点均为单晶结构, 平均直径分别为160 nm和5 nm左右。将Ag纳米线混入ZnO量子点可以使其紫外荧光显著增强, 其中位于345 nm和383 nm 的荧光分别增强30倍和12倍。这与Ag纳米线和ZnO量子点混合体系的局域表面等离子体共振耦合吸收峰位相一致, 说明该体系存在两种共振耦合模式。该研究结果为将来开发ZnO基纳米发光器件提供了一条新的途径。