量子點( QD ) 或半導體納米晶體是尺寸為幾納米的半導體粒子,其光學和電子特性通過量子力學效應與較大粒子的特性不同。當量子點被紫外線照射時,量子點中的電子可以被激發(fā)到更高能量的狀態(tài)。對于半導體量子點而言,該過程對應于電子從價帶到導帶的躍遷。激發(fā)的電子可以落回價帶,將其能量釋放為光。當量子點中的能帶結(jié)構(gòu)不再明確時,光的顏色取決于導帶和價帶之間的能量差,或者取決于離散能態(tài)之間的躍遷。
用紫外線照射的膠體量子點,由于量子限制,不同大小的量子點會發(fā)出不同顏色的光。
麥克林提供各類量子點實驗試劑及其衍生產(chǎn)品,具有純度等級高、生產(chǎn)工藝先進、支持研發(fā)定制等特點,能被廣泛適用于各類科研項目、研究實驗中,歡迎選購。
本文通過以下幾點介紹麥克林量子點相關實驗試劑的產(chǎn)品特性及應用:
1. 光學特性
2. 合成與制備
3. 半導體中的量子限制
4. 麥克林量子點試劑介紹
光學特性
量子點的光學特性主要為帶隙可調(diào)性。當電子被激發(fā)到導帶時,它會在價帶中留下一個空位,稱為空穴。這兩個相反的電荷通過庫侖相互作用結(jié)合在一起,形成所謂的激子,它們的空間分離由激子玻爾半徑定義。在與激子玻爾半徑尺寸相當?shù)募{米結(jié)構(gòu)中,激子在物理上被限制在半導體內(nèi),從而導致材料的帶隙增加??梢允褂?Brus 模型預測這種依賴性。
上圖是激子實體中激發(fā)電子和空穴以及相應能級的簡化表示。所涉及的總能量可以看作是帶隙能量、激子中庫侖引力所涉及的能量以及激發(fā)電子和空穴的限制能的總和。
由于限制能取決于量子點的尺寸,因此可以通過在合成過程中改變量子點的尺寸來調(diào)整吸收開始和熒光發(fā)射。點越大,其吸收開始和熒光光譜越紅(能量越低)。相反,較小的點吸收和發(fā)射藍(能量越高)的光。
合成與制備
合成量子點的方法有很多種。主要方法包括膠體合成、等離子合成、病毒組裝和電化學組裝等。
膠體合成
膠體半導體納米晶體由溶液合成,與傳統(tǒng)化學過程非常相似。主要區(qū)別在于產(chǎn)品既不會以塊狀固體形式沉淀,也不會保持溶解狀態(tài)。在高溫下加熱溶液,前體分解形成單體,然后單體成核并產(chǎn)生納米晶體。溫度是確定納米晶體生長最佳條件的關鍵因素。溫度必須足夠高,以便在合成過程中允許原子重新排列和退火,同時又要足夠低以促進晶體生長。單體濃度是納米晶體生長過程中必須嚴格控制的另一個關鍵因素。納米晶體的生長過程可以發(fā)生在兩種不同的狀態(tài)下:“聚焦”和“散焦”。在高單體濃度下,臨界尺寸(納米晶體既不生長也不收縮的尺寸)相對較小,導致幾乎所有粒子都會生長。在這種情況下,較小的粒子比大粒子生長得更快(因為較大的晶體比小晶體需要更多的原子來生長),導致尺寸分布集中,產(chǎn)生幾乎單分散的粒子的不可能分布。當單體濃度保持為平均納米晶體尺寸始終略大于臨界尺寸時,尺寸集中是最佳的。隨著時間的推移,單體濃度降低,臨界尺寸變得大于平均尺寸,分布變得不集中。
高溫膠體合成技術的示意圖
等離子合成
等離子體合成已發(fā)展成為生產(chǎn)量子點(尤其是具有共價鍵的量子點)最流行的氣相方法之一。例如利用非熱等離子體合成了硅和鍺量子點。 在非熱等離子體中,量子點的尺寸、形狀、表面和成分都可以控制。對于量子點來說,似乎頗具挑戰(zhàn)性的摻雜也已在等離子體合成中實現(xiàn)。等離子體合成的量子點通常為粉末形式,可以對其進行表面改性。 這可以使量子點在有機溶劑或水中實現(xiàn)優(yōu)異的分散。
混合核/殼納米粒子的微波等離子體合成設置方案
半導體中的量子限制
量子點中單個粒子的能級可以用盒子模型來預測,其中狀態(tài)的能量取決于盒子的長度。對于量子點內(nèi)的激子,帶負電的電子和帶正電的空穴之間也存在庫侖相互作用。通過比較量子點的大小和激子玻爾半徑,可以定義三種狀態(tài):
(1)在“強限制狀態(tài)”下,量子點的半徑比激子玻爾半徑小得多,限制能大于庫侖相互作用。
(2)在“弱限制”狀態(tài)下,量子點大于激子玻爾半徑,限制能小于電子和空穴之間的庫侖相互作用。
(3)激子玻爾半徑和限制勢相當?shù)臓顟B(tài)稱為“中等限制狀態(tài)”。
帶隙能量
在強限制區(qū),能級分裂后,帶隙會變得更小。激子玻爾半徑可表示為:
其中aB = 0.053 nm 是玻爾半徑,m是質(zhì)量,μ是約化質(zhì)量,ε r是尺寸相關的介電常數(shù)(相對介電常數(shù))。這導致總發(fā)射能量增加(強限制狀態(tài)下較小帶隙中的能級總和大于弱限制狀態(tài)下原始能級帶隙中的能級),并且各個波長的發(fā)射增加。如果 QD 的尺寸分布不夠尖銳,則多個發(fā)射波長的卷積會以連續(xù)光譜的形式被觀察到。
約束能量
激子實體可以用盒子中的粒子來建模。電子和空穴可以看作玻爾模型中的氫,其中氫原子核被帶正電荷和負電子質(zhì)量的空穴所取代。然后,激子的能級可以表示為基態(tài)( n = 1)盒子中粒子的解, 其中質(zhì)量被約化質(zhì)量所取代。因此,通過改變量子點的尺寸,可以控制激子的限制能。
麥克林量子點試劑介紹
麥克林分光光度法試劑產(chǎn)品優(yōu)勢:
1. 結(jié)構(gòu)新穎、品種繁多
2. 純度等級高
3. 生產(chǎn)工藝先進
4. 接受研發(fā)定制
氨基熒光量子點,熒光發(fā)射波長:525 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:525 nm,0.05 μmol/L
羧基熒光量子點,熒光發(fā)射波長:525 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:525 nm,0.05 μmol/L
氨基酸鍵合熒光量子點,熒光發(fā)射波長:525 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:525 nm,0.05 μmol/L
氨基熒光量子點,熒光發(fā)射波長:565 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:565 nm,0.05 μmol/L
羧基熒光量子點,熒光發(fā)射波長:565 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:565 nm,0.05 μmol/L
氨基酸鍵合熒光量子點,熒光發(fā)射波長:565 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:565 nm,0.05 μmol/L
氨基熒光量子點,熒光發(fā)射波長:585nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:585nm,0.05 μmol/L
羧基熒光量子點,熒光發(fā)射波長:578nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:578nm,0.05 μmol/L
氨基酸鍵合熒光量子點,熒光發(fā)射波長:585nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:585nm,0.05 μmol/L
氨基熒光量子點,熒光發(fā)射波長:605 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:605 nm,0.05 μmol/L
羧基熒光量子點,熒光發(fā)射波長:605 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:605 nm,0.05 μmol/L
氨基酸鍵合熒光量子點,熒光發(fā)射波長:605 nm,0.05 μmol/L
Fluorescent quantum dots,熒光發(fā)射波長:605 nm,0.05 μmol/L