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研究生:林彥充
研究生(外文):Yan-Chong Lin
論文名稱:以水熱法制備硒化鋅螢光奈米粉體
論文名稱(外文):Synthesis ZnSe fluorescent nanoparticles by hydrothermal process
指導教授:李玫樺林宏殷
指導教授(外文):Mei-Hwa LeeHung-Yin Lin
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:材料科學與工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:水熱法硒化鋅
外文關鍵詞:ZnSeHydrothermal Method
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硒化鋅為寬能帶II-VI族半導體具2.67eV的直接能隙,發光波長463nm,屬藍光範圍,具有優異的光學屬性。它被廣泛用於各種應用如發光二極管(LED) 、生物醫學感應器、光電太陽能電池以及光催化材料等各項應用。
本研究利用水熱法並使用Na2SeO3和還原劑NaBH4的混合水溶液與Zn(CH3COO)2‧2H2O水溶液於水熱反應中合成硒化鋅(ZnSe)粉末,改變反應溫度、時間、濃度、分散劑等,利用PLUS90、XRD、FE-SEM、EDAX、TEM等儀器進行分析。
為了要將所合成好的硒化鋅螢光奈米粉體製作成分子拓印高分子複合奈米微粒,還須過濾、離心、乾燥、表面改質和包覆等故要於粉體表面包覆使減緩其螢光衰退,而以反應溫度200度、持溫60分、添加5ml酒精5μl油酸由TEM觀察其油酸包覆較為明顯,又不會使其粗化及團聚。故選擇此組來做分子拓印高分子複合奈米微粒檢測及應用。
ZnSe is a wide band II - VI semiconductor with direct band gap 2.67eV emission wavelength 463nm, the blue light range, has excellent optical properties. It is widely used in various applications such as light emitting diodes (LED), biomedical sensors, photovoltaic solar cells and photocatalytic materials and other applications.
In this study, using the hydrothermal process and the reducing agent NaBH4 、 Na2SeO3 and Zn (CH3COO) 2 ‧ 2H2O mixed aqueous in the hydrothermal synthesis of zinc selenide (ZnSe) powder, changing the reaction temperature, time, concentration, dispersant, use PLUS90, XRD, FE-SEM, EDAX, TEM and other equipment for analysis.
In order to the synthesis of ZnSe fluorescent nano-powders to produced in Molecularly imprinted polymer composite nanoparticles, Must filtration, centrifugation, drying, surface modification and coating, etc. In order to make the slow decline of fluorescent ,Therefore, on the powder surface to Coated ,The reaction temperature to 200 ℃, maintain 60 minutes, add 5ml of alcohol, 5 μl of oleic acid by TEM observation of the oleic acid coated obvious, but not to grain growth and aggregate, so chosen this parameter to do molecularly imprinted polymer composite nanoparticles and their applications to biological Sensing .
中文摘要I
英文摘要II
誌謝III
總目錄IV
表目錄VII
圖目錄VIII
第一章 緒論1
1.1 前言 1
1.2 研究方式及目的1
第二章 文獻回顧3
2.1 螢光材料簡介3
2.2 螢光材料發光原理4
2.3 螢光材料的激發方式5
2.4 史托克位移(Stokes shift)與卡薩定則(Kasha rule)7
2.5 量子尺寸效應(Quantum size effect)8
2.6 電子伏特計算8
2.7 螢光材料之吸收光譜和量測9
2.8 螢光材料的分類10
2.9 螢光材料製備方法11
2.10 螢光粉表面的包覆15
2.11 硒化鋅介紹16
2.11.1 硒化鋅介紹16
2.11.2 硒化鋅發光機制17
2.11.3 硒化鋅的晶體結構18
2.11.4 製備硒化鋅方法19
2.12 聚乙烯-乙烯醇分子模版24
2.13 肌酸酐(Creatinine)25
2.14 不同乙烯比例的分子模版對於目標分子之吸附性26
第三章 實驗方法27
3.1 實驗藥品與儀器27
3.1.1 實驗藥品27
3.1.2 實驗儀器28
3.2 硒化鋅粉體合成29
3.3 分子拓印高分子複合奈米微粒31
3.3.1 分子拓印高分子複合奈米微粒之製備31
3.3.2 分子拓印高分子複合奈米微粒之清洗31
3.3.3 分子拓印高分子複合奈米微粒目標分子螢光檢量線31
3.4 儀器原理32
3.4.1 動態光散射奈米粒徑分析儀33
3.4.2 掃瞄式電子顯微鏡34
3.4.3 粉末X光繞射儀35
3.4.4 穿透式電子顯微鏡37
3.4.5 光致發光光譜儀40
3.4.6 熱重分析儀42
第四章 實驗結果與討論43
4.1 不同還原劑之影響43
4.2 NaBH4之莫耳比例效應45
4.3 Na2SeO3和NaBH4攪拌時間影響47
4.4 水熱時攪拌時間影響49
4.5 水熱時持溫時間影響51
4.6 水熱時溫度影響56
4.7 濃度影響60
4.8 分散劑影響64
4.8.1 添加TW80影響64
4.8.2 添加油酸影響68
4.8.3 添加酒精影響72
4.8.4 同時添加酒精和TW80影響75
4.8.5 同時添加酒精和油酸影響79
4.9 粉體微結構TEM分析84
4.9.1 持溫效應84
4.9.2 分散劑效應86
4.10 肌酸酐分子拓印高分子/ZnSe奈米微粒89
第五章 結論92
5.1 結論92
5.2 未來工作94
參考文獻95
作者簡介102
表目錄
表2-1 由水熱法所合成硒和鋅之比較22
表2-2 由其他方法所合成硒和鋅之比較23
表2-3 肌酸酐分子不同乙烯成分EVAL吸附性26
表4-1 NaBH4不同莫耳比所合成的粉體的EDS成分分析46
表4-2 水熱時攪拌時間EDS成分分析50
表4-3 水熱時不同持溫時間晶粒大小55
表4-4 不同TW80劑量添加合成粉體晶粒大小66
表4-5 不同酒精及TW80劑量添加合成粉體晶粒大小77
表4-6 不同酒精及油酸劑量添加合成粉體晶粒大小81
圖目錄
圖2-1 磁波譜與波長之關係圖[1]3
圖2-2 光和磷光機制[2]4
圖2-3 發光時能源轉換機制[3]6
圖2-4 托克位移[4]7
圖2-5 材料吸收與放射[1]9
圖2-6 密閉空間內溶劑反應溫度、體積和壓力關係圖[10]14
圖2-7 溶液填充量與蒸氣關係圖[11]14
圖2-8 半導體材料直接發光過程[27]17
圖2-9 (a)閃鋅礦結構、(b)纖鋅礦結構[27]18
圖2-10 (a)MMA包覆Zn離子再與Se離子合成包覆的硒化鋅[32] (b) 硒化鋅成長於氮氣形成硒化鋅空心結構[33] (c)油酸包覆Zn離子再與Se離子合受油酸包覆的硒化鋅[37]21
圖2-11 (A)聚乙烯-乙烯醇結構式(B)分子拓印模版(MIPs)之原理示意[50]25
圖2-12 肌酸酐分子結構式[50]26
圖3-1 實驗流程示意圖30
圖3-2 樣品分析示意圖30
圖3-3 分子拓印高分子複合奈米微粒之製備示意圖[50]32
圖3-4 動態光散射奈米粒徑分析儀[56]33
圖3-5 掃描式電子顯微鏡與成像示意圖[57]34
圖3-6 掃描式電子顯微鏡[57]35
圖3-7 粉末X光繞射儀原理示意圖[55]36
圖3-8 粉末X光繞射儀[57]37
圖3-9 穿透式電子顯(TEM)微鏡成像示意圖[57]38
圖3-10 穿透式電子顯(TEM)微鏡[57]39
圖3-11 光激發螢光與其系統示意圖[1]41
圖3-12 光致發光光譜儀(Photoluminescence, PL)[57]41
圖3-13 熱重分析儀(Thermogravimetric Analyzer)42
圖4-1 使用不同還原劑所合成的ZnSe粉末的SEM,(a)聯氨(b)硼氫化鈉44
圖4-2 使用不同NaBH4莫爾比例所合成的粉體的SEM,(a)1:1:1(10000倍)、(b)1:1:5、(c)1:1:10、(d)1:1:30 、(e)1:1:50(100000倍)46
圖4-3 Na2SeO3和NaBH4攪拌時間顏色變化a. 10分 b.30分c.40分,攪拌時間合成的影響d. 10分 e.30分f.40分SEM圖g. 10分鐘(10000倍)、h.30分鐘(10000倍)、i.40分鐘(100000倍)48
圖4-4 水熱時不同攪拌時間SEM圖(a) 程序A、(b) 程序B50
圖4-5 水熱時反應溫度為200度不同持溫時間所合成(a)粉體平均粒徑分析(b)粉體粒徑標準差52
圖4-6 水熱時反應溫度為200度持溫60分(a)3D圖(b)PL檢測53
圖4-7 水熱時反應溫度為200度不同持溫時間所合成粉體XRD(a)5、10、20min(b)30、60、120min 54
圖4-8 水熱時反應溫度為200度不同持溫時間所合成粉體SEM (a)5、(b)10、(c)20、(d)30、(e)60、(f)120分 50000倍55
圖4-9 水熱時持溫1小時不同反應溫度所合成(a)粉體平均粒徑分析(b)粉體粒徑標準差57
圖4-10水熱時持溫1小時不同反應溫度所合成粉體XRD分析58
圖4-11 水熱時持溫1小時不同反應溫度所合成粉體SEM圖 (a)150、(b)160、(c)180 (d)200度 50000倍 (e)~(h)分別為反應溫度150、160、180 、200度100000倍59
圖4-12 不同反應濃度所合成粉體(a)平均粒徑分析(b)粉體粒徑標準差61
圖4-13 不同反應濃度所合成粉體XRD分析62
圖4-14 不同反應濃度所合成粉體濃度SEM圖(a)1.65m M(10000倍)、(b)2.5m M(1000倍)、(c)3.3m M(50000倍)(d) 6.7m M(50000倍)(e)~(h)分別為反應濃度1.6mM(10000倍)、2.5m M(10000倍)、3.3mM(100000倍)、6.7mM(100000倍)63
圖4-15 不同TW80劑量添加(a)平均粒徑分析(b)粒徑標準差65
圖4-16 不同TW80劑量添加合成粉體XRD分析66
圖4-17 不同TW80劑量添加所合成粉體SEM圖(a)2 μl、(b)5 μl、(c)10 μl(d)20 μl 50000倍(e)~(h)分別為反應濃度2 μl、5 μl、10 1μl 、20 μl 100000倍67
圖4-18 不同油酸劑量添加影響(a)平均粒徑分析(b)粒徑標準差69
圖4-19 不同油酸劑量添加合成粉體XRD分析70
圖4-20 不同油酸劑量添加所合成粉體SEM圖(a)2μl、(b)5 μl、(c)10μl(d)20μl 50000倍(e)~(h)分別為反應濃度2μl、5 μl、10 1μl 、20 μl 100000倍71
圖4-21 不同酒精劑量添加(a)平均粒徑分析(b)粒徑標準差73
圖4-22 不同酒精劑量添加所合成粉體SEM圖(a)2 ml、(b)5 ml、(c)10 ml(d)20 ml 50000倍(e)~(h)分別為反應濃度2 ml、5 ml、10 ml、20 ml 100000倍74
圖4-23 不同酒精及tw80劑量添加(a)平均粒徑分析(b)粒徑標準差76
圖4-24 不同酒精及TW80劑量添加合成粉體XRD分析77
圖4-25 不同酒精及tw80劑量添加合成粉體SEM圖(a) A2T2、(b)A2T5、(c)A5T2、(d)A5T5 50000倍(e)~(h)分別為反應濃度A2T2、A2T5、A5T2、A5T5 100000倍78
圖4-26 不同酒精及油酸劑量添加(a)平均粒徑分析(b)粒徑標準差80
圖4-27 不同酒精及油酸劑量添加合成粉體XRD分析81
圖4-28 不同酒精及油酸劑量添加合成粉體SEM圖(a) A2O2、(b)A2O5、(c)A5O2、(d)A5O5150000倍(e)~(h)分別為反應濃度A2O2、A2O5、A5O2、A5O5 100000倍82
圖4-29 反應溫度200度持溫60分A5O5之粉體TGA檢測83
圖4-30 反應溫度200度持溫60分之粉體經TEM圖84
圖4-31 反應溫度200度持溫120分之粉體經TEM圖85
圖4-32 反應溫度200度持溫60分A5T5之粉體TEM圖87
圖4-33 反應溫度200度持溫60分A5O5之粉體TEM圖88
圖4-34 粉體PL檢測90
圖4-35 有無EVAL包覆螢光衰退90
圖4-36 MIP、NIP檢量線91
圖4-37 硒化鋅粉體EVAL包覆SEM圖91
中文部份
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