半导体纳米晶体的性质不仅与尺寸有关,表现在半导体的能带宽度随尺寸减小而增大,即量子限域效应;而且与形状有关,如偏振发光特性。这为纳米尺寸固体的新的基本性质的研究以及新型超小尺寸器件的研制提供了机会。利用金属有机单体在配位有机溶剂中的热裂解反应是已知的合成高质量的半导体纳米晶体的最有效的方法;用此方法合成的CdSe, InAs、PbSe 等纳米晶(量子点)已显示了在荧光生物标记,激光材料,及发光二极管等领域的应用前景。IV-VI族半导体化合物是窄能带、强限域半导体材料,具有重要的基础与应用研究价值。本课题旨在深入研究该族半导体纳米晶体的合成与形状控制,以及尺寸、形状与性质的关系,并研究高压对半导体纳米晶的结构与性质的影响。为其在光电子领域的应用提供基础。
我们全面开展了IV-VI族半导体纳米晶的合成、表征与性质研究工作。在纳米晶尺寸控制方面,通过研究添加二级配位体对纳米晶成核和生长的影响,我们得到了尺寸很小(2 nm左右)、单分散性极好(σ= 6%)的纳米晶;并初步研究了纳米晶的高压电学性质。由于IV-VI族半导体纳米晶具有立方的晶体结构,使通过调控生长条件制备一维结构成为形状控制的难点,所以,围绕IV-VI族半导体纳米线这个目标,我们制备了延不同晶体取向的纳米线,并提出了生长尖端纳米线生成机制。在尖端导致纳米线形成观点的指导下,我们发明了普遍适用于沉淀体系的静态缓慢沉淀法,并制备了Gd(OH)3、ZnS、NiS和PbS等多种纳米棒。通过实验改进,我们已将这个制备纳米棒的方法有效地延伸到立方结构纳米线的合成中,例如制备了10 nm宽、100 nm长的PbS纳米线,和宽150 nm、长几微米的立方ZnS纳米线。此外,我们还利用该方法制得了ZnS和PdS超晶格纳米线和Y2S3纳米管,显示了这个方法在制备一维高级结构上的普遍性。因此,我们在基金资助下所得的研究成果,必将大大促进零维、一维纳米结构的基础与应用研究。