SPS烧结制备硫属纳米晶玻璃及光电性能研究

Metal chalcogenides nanocrystalline exhibits excellent photoluminescence (PL) properties, and moreover, the wavelength can be changed by tailoring size and composition of QDs. Though QDs possess good properties, the stability of QDs is unsatisfactory, which obstructs QDs application process. Galss is transparent, chemical inert and Machinable, thus it is a perfect parent materials for QDs. Usually, QDs/glass is prepared by a melting process, i.e. by mixing oxide precursors and melting them at high temperature for extended durations followed by quenching the melt. The QDs are nucleated in the molten glass and the subsequent nascent cluster growth can be controlled through regulated annealing cycles.Such processing concept can hardly be applied for most QDs when the volatilization tendency can not be avoided during high-temperature melting. . In this project, a novel approach to preparing QDs/glass is proposed. At Firstly, the QDs/SiO2 powders are synthesized by chemical method, and then as-prepared QDs/SiO2 was sintered using Spark Plasma Sintering(SPS) rapidly. Considering above-mentioned, it becomes obvious that the researching results of this project will brings forth the twin benefits of quantum dot glass and other bulk glass.

硫属半导体化合物量子点具有优异的发光性能，并且可以通过改变量子点的尺寸来和化学组成进行调控，可以使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尽管量子点性能优异，但是量子点化学稳定性低，所以阻碍了量子点的应用。玻璃因其具有透明、化学惰性、易加工等特点，是量子点理想的基体材料。通常量子点玻璃的制备需要高温熔融急冷，然后长时间退火制备，会导致量子点的挥发和分解，其含量和分布难以控制。.本课题提出了采用湿化学方法合成硫属量子点QDs/SiO2核壳复合粉体，利用放电等离子体烧结（SPS）技术低温快速烧结制备量子点玻璃。这种方法可以有效避免目前量子点玻璃制备方法中存在的问题，能够精确控制量子点的成分与分布状态，预期获得具有优异性能的量子点玻璃，为块体量子点玻璃的制备提供一种新的途径。

硫属半导体化合物量子点具有优异的发光性能，并且可以通过改变量子点的尺寸和化学组成来进行调控，可以使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。尽管量子点性能优异，但是量子点化学稳定性低，所以阻碍了量子点的应用。玻璃因其具有透明、化学惰性、易加工等特点，是量子点理想的基体材料。通常量子点玻璃的制备需要高温熔融急冷，然后长时间退火制备，会导致量子点的挥发和分解，其含量和分布难以控制。.本项目采用不同的方法制备了多种硫属量子点（如PbS、CdS、ZnS、CuS、Cu-In-Zn-S等）/SiO2复合粉体，并通过放电等离子体烧结（SPS）技术低温快速烧结得到量子点块体玻璃。采用X射线衍射、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见吸收光谱和荧光光谱等表征手段对量子点以及量子点玻璃的物相、显微结构和性能进行了表征。结果表明，通过对化学组成的调控可以获得不同发光性能的硫属量子点和相应的量子点玻璃，可实现紫外到红光范围内的调控，且得到的硫属量子点玻璃具有良好的发光性能。通过进行烧结参数（升降温速率、烧结温度、保温时间和压力等）对量子点的稳定性、致密化过程、晶化温度和晶化速率等影响规律的研究成功建立了一种在低的烧结温度下快速烧结制备量子点玻璃的新方法，这种方法可以有效避免目前量子点玻璃制备方法中存在的问题，能够精确控制量子点的成分与分布状态，这一方法的实现为块体量子点玻璃的制备提供了一种新的途径。该方法实现了硫属量子点玻璃发光范围的可调控，这对量子点玻璃的实际应用具有极其重要的意义。在上述研究的基础上，开展了掺杂离子量子点玻璃的制备及其性能的研究，制备了氧化物量子点并获得了发光性能良好的氧化物量子点玻璃。在本项目的资助下，在J.Mater.Chem.、J.Am.Ceram.Soc.、J.Eur.Ceram.Soc.Ceram. Int.等期刊发表SCI论文10篇，申请国家发明专利4项，其中2项已获授权。