ZnSe纳米片的可控制备与高压研究

Two dimension (2D) semiconductor nanocrystals have attracted much attention because of size, shape and dimension dependence properties and their potential applications. In this research proposal, 2D ZnSe nanoplatelets with thickness and lateral control will be synthesized via a colloidal green synthetic route. The 2D ZnSe nanoplatelets show strong thickness dependence optical properties, which can give blue fluorescence emission, suggesting 2D ZnSe nanoplatelets can be used in blue light-emitting device. Moreover, the effect of high pressure to the crystal structure, optical properties and shape in 2D ZnSe nanoplatelets should be investigated via the diamond anvil cell (DAC). Especially, the structure stability and phase transitions sequence of 2D ZnSe nanoplatelets at high pressure can be investigated via the experiment and simulation. It is expected that the new crystal phase at high-pressure for ZnSe, with tunable band gap from the blue-light region to the red-light region, would be retained. The 2D ZnSe nanoplatelets with new crystal phase can be widely used as light-absorption material for multi-junction solar cells and a light-emitting material for red–green–blue LEDs.

二维半导体纳米晶依赖于尺寸、形貌、维度的性质和潜在应用受到研究者们的高度重视和广泛关注。本项目拟通过绿色化学方法制备厚度和横向尺寸可控的ZnSe纳米片。它们在蓝光区域具有的厚度依赖的光学性质，使ZnSe纳米片成为制备蓝光发光器件的重要材料。采用金刚石压砧高压实验技术对纳米片结构、光学性质和形貌进行高压原位研究，结合理论计算，揭示纳米片的结构稳定性和相变序列。尝试“截获”高压新相，具有在蓝光到红光区域内带隙连续可调的优异光学性能，使ZnSe纳米片广泛用于多结太阳能电池的光吸收材料，以及红绿蓝发光二极管的发光材料。

在非层状结构材料中合成二维纳米片比较少见，非层状结构的ZnSe是II-VI族半导体中的重要成员，是少见的获得蓝光的主要材料之一。探究出合适的方法生成ZnSe二维纳米片，并能够有效调节横向尺寸，将有利于在生产生活中的应用。xie小组报道，设计一种层状混合物结构，可促使原本非层状物质形成层状结构。在此方法中，合成前驱物、中间产物以及获得ZnSe纳米片的过程非常复杂，并且纳米片形状不规则。之后，几个研究小组利用定向附着的方法，但是仍需要用到多种胺的混合，不仅需要惰性气体长期保护，还需要有毒的TOP溶液参与。至此，普遍存在合成过程繁琐，抽真空，需要惰性气体长期保护，使用有毒溶液等问题。而我们首先在惰性气体保护下，利用简单的热注射方法，廉价且环保的溶液以及原料，合成ZnSe纳米片，并发现得到形貌较好纳米片需要的条件是160℃，Zn：Se的比例是1:1。在空气氛围中，利用热注射方法，确定了合成ZnSe纳米片的原料比例为1:1，反应30分钟时纳米晶生长成较为均匀的类正方形纳米片。解决了近年来非层状结构材料纳米片合成的困难，为绿色方法合成非层状结构纳米材料提供了思路和广阔的应用前景。.由于合成多种形貌可控的ZnSe纳米片受到实验条件的限制，取而代之，高压极端条件下的性能研究应用于In2S3和GaP。利用原位高压实验技术，研究高压下In2S3的可逆金属化和载流子的输运行为。压力诱导的金属化转换发生在6.8Gpa，转变过程可逆。In2S3电阻率急剧下降的主要原因是在6.8Gpa下，载流子浓度增加导致的。在所研究的温度与压力范围内没有发现超导现象。此结果为研究金属硫族化合物金属化相变、载流子的电输运变化规律提供重要的途径并开辟了新的领域。通过原位阻抗谱和霍尔效应等方法，研究GaP在高压下的电输运特性和结构变化规律。在9.9Gpa下电阻下降归因于晶界效应的出现。压力诱导的金属化转变发生在大约24.6Gpa，卸压电阻显示是可逆过程。基于不连续的霍尔参数，结构相变发生在大约39.3Gpa。此结果可提高GaP光电池的转换效率、提高磷化镓LED的发光效率。