1 云南师范大学 能源与环境科学学院 可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室，云南 昆明 650500
2 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
3 云南省先进光电材料与器件重点实验室，云南 昆明 650223
过渡金属硫属化合物(TMCs)因其独特的电子结构和优异的光电性能，被广泛应用于催化、光电器件和生物成像等领域。硫化亚铁量子点(FeS QDs)作为一种TMCs纳米材料，由于较窄的禁带宽度而表现出优异的近红外特性，在红外探测器方面具有潜在价值。文中采用液相超声剥离法制备了FeS QDs，再利用共混法制备得到FeS QDs/PVA纳米复合薄膜，并对FeS QDs进行了形貌和结构的表征，测试了FeS QDs和FeS QDs/PVA纳米复合薄膜的光学性质。结果表明： FeS QDs分散性良好，没有出现团聚现象，平均粒径约8.1 nm，平均高度8.7 nm，呈球形，通过计算得到FeS QDs的直接带隙约为0.23 eV；FeS QDs及其PVA纳米复合薄膜在红外波段均具有明显的吸收和发光特性；随着激发波长增加，复合薄膜的峰位发生红移，表现出Stokes位移效应和激发波长依赖性。FeS QDs/PVA纳米复合薄膜所展示的优异红外吸收和发光特性，表明其在红外探测、生物医学、光电器件等研究领域中具有重要的应用潜力，有望成为一种新型红外光电材料。
液相超声剥离 硫化亚铁 量子点 纳米复合薄膜 红外特性 liquid phase ultrasonic exfoliation FeS quantum dots nanocomposite film infrared characteristic 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230489
1 云南师范大学 能源与环境科学学院 可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室，云南 昆明 650500
2 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
3 云南省先进光电材料与器件重点实验室，云南 昆明 650223
过渡金属硫属化合物(TMCs)由于具有优异的光学、电学及光电等特性，被广泛应用于光催化、太阳电池、激光器等领域。作为一类典型的TMCs材料，硫化钴量子点(CoS QDs)因禁带宽度较窄而具有优异的近红外吸收特性，有望用于红外技术领域。文中采用液相超声剥离法制备了CoS QDs，再用共混法制备得到CoS QDs/PDMS纳米复合薄膜，并对它们的光学性质进行了研究，结果表明：CoS QDs的平均尺寸约为5 nm，大小均匀，呈球形；CoS QDs 与CoS QDs/PDMS纳米复合薄膜在红外波段均存在明显的吸收和发光特性，且复合薄膜的红外吸收特性优于CoS QDs薄膜；随着激发光波长的增加，纳米复合薄膜的光致发光(PL)峰出现了红移，表现出明显的Stokes位移效应和激发波长依赖性。CoS QDs/PDMS纳米复合薄膜优异的红外吸收和发光特性，表明其在红外探测、荧光成像、纳米光子器件等研究领域中具有重要的潜在应用价值，有望成为一种新型红外探测材料。
液相超声剥离 硫化钴 量子点 纳米复合薄膜 红外特性 liquid phase ultrasonic exfoliation cobalt sulfide quantum dots nanocomposite film infrared characteristic 红外与激光工程
2023, 52(12): 20230393
红外与激光工程
2022, 51(5): 20210637
1 云南师范大学 能源与环境科学学院 可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室，云南 昆明 650500
2 昆明物理研究所，云南 昆明 650223
3 云南省先进光电材料与器件重点实验室，云南 昆明 650223
近年来，过渡金属碲化物（TMTs）以其独特的晶体结构和优异的物化特性引起了科学界的广泛关注和研究。本文采用超声法制备CoTe2量子点（QDs），通过TEM、AFM、EDS、XPS、XRD、FTIR等技术手段对制备的CoTe2 QDs进行了形貌和结构的表征，同时使用分光光度计(UV-Vis)、光致发光谱(PL)和光致发光激发光谱(PLE)研究了CoTe2 QDs的光学性质。结果表明，制备得到的CoTe2 QDs分散性良好、粒径均匀、呈现球形形貌，晶粒的平均直径约为3.1 nm，平均高度约为2.9 nm；CoTe2 QDs在红外波段存在明显的吸收，吸收值随稀释浓度的增加而降低；当激发光波长和发射光波长依次增加时，PL和PLE峰出现红移，具有明显的Stokes位移效应，表明CoTe2 QDs的光致发光具有激发波长依赖性；CoTe2 QDs具有光致多色发光特性，不同激发光波长可发出不同颜色的光；荧光量子产率可达62.6%。CoTe2 QDs优异的光学特性尤其是在红外波段的吸收和发光特性，表明其在红外探测、激光防护涂层、荧光成像、多色发光和纳米光子器件等研究领域中具有重要的潜在应用价值，有望成为一种新型红外探测材料。
超声法 过渡金属碲化物 CoTe2 量子点 红外性质 ultrasonic method transition-metal tellurides CoTe2 quantum dots infrared properties 红外与激光工程
2021, 50(1): 20211021
云南师范大学 可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室, 云南 昆明 650500
作为碳纳米材料家族的一员, 碳量子点(CQDs)以其独特的光电特性、环境友好、制备成本低等优点成为近年来的研究热点, 并在太阳电池、光电催化、传感器等光伏与光电领域展现出广阔的应用潜力。本文以壳聚糖为原料, 采用水热法在酸性、中性、碱性(pH=3,7,10)环境下制备了荧光碳量子点, 并对其光致发光性质和结构进行了表征。TEM测试表明, 随着pH值从3增大到10, 其粒径由2.80 nm减小到1.83 nm。将获得的碳量子点作为光敏化剂, 组装成敏化太阳电池(SSCs), 结果表明pH=3时制备出的CQDs组装的太阳电池具有最高的光电转换效率(PCE)。为了进一步提升SSCs的性能, 将CQDs与N719染料复合, 制备了共敏化太阳电池(co-SSCs)。由于CQDs的上转换特性和良好的载流子传输性能,CQDs/N719基co-SSCs的PCE较CQDs及N719染料单独敏化太阳电池显著提高, 最高PCE达9.13%。这些研究结果为制备碳量子点及组装高效敏化太阳电池提供了新思路。
纳米材料 碳量子点 敏化太阳电池 光电转换效率 pH值 nanomaterials carbon quantum dots sensitized solar cells photoelectric conversion efficiency pH value
1 云南师范大学 太阳能研究所 可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室, 云南 昆明 650500
2 昆明物理研究所, 云南 昆明 650223
3 云南省先进光电材料与器件重点实验室, 云南 昆明 650223
碲化锑(Sb2Te3)是一种新型二维层状材料, 采用“自上而下”的超声剥离法, 以碲化锑粉末为原料, 以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为分散剂, 首次成功制备出碲化锑量子点(Sb2Te3 QDs), 并采用多种手段(SEM, TEM, AFM, XPS, XRD等)对所制备Sb2Te3 QDs的形貌和结构进行了表征, 同时还采用UV-Vis、PL及PLE探究了Sb2Te3 QDs的光学性质。研究表明: 所制备的Sb2Te3 QDs平均粒径为2.3 nm, 平均高度为1.9 nm, 颗粒大小均匀、具有良好的分散性, PL与PLE峰位有明显的红移现象, 研究还发现Sb2Te3 QDs在红外波段有明显的吸收与光致发光。研究表明: 超声剥离法制备Sb2Te3 QDs是切实可行的, 该量子点的PL与PLE对波长具有依赖性, 其在红外波段的特性表明: 它有望成为一种新型的红外探测材料。
超声剥离法 碲化锑 量子点 红外性质 ultrasonic exfoliation method antimony telluride quantum dots infrared properties 红外与激光工程
2020, 49(1): 0103002
1 云南师范大学可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室, 云南 昆明 650500
2 盐城师范学院新能源与电子工程学院, 江苏 盐城 224002
尽管矿化法已被用于制备黑磷单晶中,但目前对无气相运输条件下黑磷的生长过程还鲜有报道。以锡和碘为矿化剂,采用矿化法成功地在石英管中制备出高质量的大颗粒正交黑磷单晶。基于不同的升降温工艺,研究了无气相输运条件下黑磷单晶的生长过程。结果表明:采用矿化法可制备出高质量的正交黑磷单晶;在降温过程中,可在620~500 ℃温度区间生成紫磷;500 ℃是黑磷生长的关键温度,适当延长保温时间,有利于黑磷单晶的生长。此外,阐明了无气相输运条件下黑磷的生长过程。
材料 黑磷单晶 矿化法 单晶生长 光学学报
2019, 39(12): 1216001
可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室, 云南 昆明 650500
基于硅量子点(Si-QDs) 的全硅叠层太阳电池被认为是最有潜质的高效太阳电池之一。 目前所报道的硅量子点薄膜存在硅量子点数密度低、 缺陷多等问题, 限制了硅量子点太阳电池的光电转换效率。 微波退火(microwave annealing, MWA)被认为是一种有益于制备纳米结构材料的方法。 微波退火的非热效应可以降低形核能, 改善薄膜的微结构和光电性能。 因此, 采用磁控共溅射技术并结合微波退火工艺, 在不同的脉冲功率下制备了含硅量子点SiCx薄膜; 采用掠入射X射线衍射(GIXRD)、 拉曼(Raman)光谱、 紫外-可见-近红外分光光度计和光致发光(PL)光谱表征薄膜的物相结构及光谱特性; 研究不同脉冲功率对硅量子点数密度和性能的影响, 进而改进磁控共溅射工艺, 制备硅量子点数密度较高和性能良好的薄膜。 样品的GIXRD谱和Raman谱均显示其中存在硅量子点, 其强度先增大后减小; 通过谢乐(Scherrer)公式估算出硅量子点尺寸呈现先增大后减小的规律, 脉冲功率为80 W时尺寸达到最大(8.0 nm) 。 在Raman光谱中还观察到中心位于511 cm-1处出现硅量子点Si-Si横向光学振动模式的拉曼峰, 其强度也呈现先增大后减小的趋势; 对拉曼光谱做最佳高斯(Gauss)分峰拟合, 得出薄膜的晶化率均高于62.58%, 脉冲功率为80 W时制备的薄膜具有最高的晶化率(79.29%)。 上述分析表明薄膜中均有硅量子点的形成, 且数量先增加后减小, 脉冲功率为80 W时硅量子点数量最多。 通过测量样品的透射率T、 反射率R等光学参数, 利用Tauc公式估算出薄膜的光学带隙, 发现带隙值随溅射功率的增加先减小后增大, 在脉冲功率为80 W时最小(1.72 eV)。 硅量子点尺寸与光学带隙成反比, 说明薄膜中的硅量子点具有良好的量子尺寸效应。 通过PL光谱分析样品的发光特性, 对其做最佳高斯拟合, 发现样品中均有6个发光峰。 结合Raman光谱的分析结果, 可以得出波长位于463~624 nm的发光峰源于硅量子点的作用; 而波长位于408和430 nm的发光峰则源于薄膜内部的缺陷态, 峰位没有偏移, 但强度有变化。 根据发光峰对应的波长可计算其能带分布, 从而确定缺陷态类型: 408 nm的发光峰归因于≡Si°→Ev电子辐射跃迁, 430 nm的发光峰则归因于≡Si°→≡Si－Si≡的缺陷态发光。 还研究了硅量子点的尺寸对发光峰移动的影响。 结果表明, 随硅量子点尺寸变小(大) , 发光峰蓝移(红移) 。 综上, 溅射功率为80 W时制备的含硅量子点SiCx薄膜性能最佳。 研究结果为硅量子点太阳电池的后续研究奠定了基础。
脉冲功率 微波退火 硅量子点 富硅碳化硅基薄膜 光谱特性 Pulse power MWA Si-QDs Si-rich silicon carbide thin films Spectral properties
1 可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室, 云南 昆明 650092
2 云南师范大学太阳能研究所, 云南 昆明 650092
多晶硅在光电子器件领域具有较为重要的用途。 利用磁控溅射镀膜系统, 通过共溅射技术在玻璃衬底上制备了非晶硅铝（α-Si/Al）复合膜, 将Al原子团包覆在α-Si基质中, 膜中的Al含量可通过Al和Si的溅射功率比来调节。 复合膜于N2气氛中进行350 ℃, 10 min快速退火处理, 制备出了多晶硅薄膜。 利用X射线衍射仪、 拉曼光谱仪和紫外-可见光-近红外分光光度计对多晶硅薄膜的性能进行表征, 研究了Al含量对多晶硅薄膜性能的影响。 结果表明: 共溅射法制备的α-Si/Al复合膜在低温光热退火下晶化为晶粒分布均匀的多晶硅薄膜; 随着膜中Al含量逐渐增加, 多晶硅薄膜的晶化率、 晶粒尺寸逐渐增加, 带隙则逐渐降低; Al/Si溅射功率比为0.1时可获得纳米晶硅薄膜, Al/Si溅射功率比为0.3时得到晶化率较高的多晶硅薄膜, 通过Al含量的调节可实现多晶硅薄膜的晶化率、 晶粒尺寸及带隙的可控。
共溅射 铝诱导晶化 低温退火 多晶硅 特性 Co-sputtering Aluminum induced crystallization Polycrystalline silicon films Properties
昆明理工大学光电子新材料研究所, 昆明650093
通过改进Lee和Meisel法, 制备了两种银胶。以三聚氰胺分子为探针分子, 银胶为SERS基底, 使用便携式拉曼光谱仪进行拉曼测试。拉曼光谱表明银纳米粒子和三聚氰胺发生的吸附作用明显, 三聚氰胺的四个较强振动峰有4~9 cm-1的频移和强度比变化较大。由于SERS基底的表面增强作用, 三聚氰胺的便携式拉曼光谱仪最小检测量达到了6×10-12 g, 实现了三聚氰胺的亚单分子层检测水平。该检测方法快捷、简便, 如果结合奶粉或食品中三聚氰胺的固相萃取技术, 将可以应用于三聚氰胺的现场、快速、半定量检测。
三聚氰胺 便携式拉曼光谱仪 亚单分子层 表面增强拉曼 银胶 melamine portable Raman spectrometer sub-monomolecular layer surface-enhanced Raman scattering(SERS) colloid
