臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用溶膠-凝膠法成長硫化鎘奈米晶體(CdS nanocrystal)嵌入聚乙基醇陣列，藉由 X-射線繞射、光激螢光、吸收光譜、光激螢光激發光、時間鑑別光激螢光量測，來研究硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇之結構與發光特性。
實驗結果顯示，硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列之光激螢光光譜主要有三個發光峰值: 2.73 eV、2.48 eV 及2.17 eV。當製程溫度增加時，2.73 eV 的發光峰值有紅移現象，而2.48 eV 和2.17 eV 的發光隨製程溫度增加，逐漸轉成為主要發光。由吸收光譜與光激螢光激發光譜的實驗結果，及參考相關文獻報導顯示， 2.73 eV 的發光為近能帶邊緣發光、2.48 eV 的發光為硫空缺相關發光、2.17 eV 的發光為鎘原子缺陷相關的發光。
由時間鑑別光激螢光實驗結果，發現硫化鎘奈米晶體的光激螢光強度，隨時間變化的行為，可以由一個單指數(mono-exponential)衰減再加上延展式指數(stretched-exponential)衰減之模型擬合。其螢光衰減包含一個具有較短載子生命期(τ1)的衰減與一個具有較長載子生命期(τ2)的衰減。又具有較長載子生命期(τ2)的衰減隨著量子點發光能量增加時，其載子生命期有減少的現象。因此我們認為，較長載子生命期τ2，為載子先被侷限在量子點表面侷域態(localization state)後，再與價帶電洞復合，而較短載子生命期τ1，則是載子鬆弛至經量子點後直接產生電子-電洞對復合。最後我們提出一個簡單的模型來解釋硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇的發光機制。

CdS nanoparticles embedded in polymer matrices were synthesized by Sol-Gel process. The structural and optical properties of CdS nanoparticles embedded in polymer matrices were studied by X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL), absorption, photoluminescence excitation (PLE), Time-Resolved Photoluminescence (TRPL) measurements.
The results of PL measurements showed that the CdS nanoparticles embedded in polymer matrices had three main emission peaks with energy of 2.73 eV, 2.48 eV and 2.17 eV. When the processing temperature was increased, the 2.73 eV emission peak showed a red-shift, but the emission peaks at 2.48 eV and 2.17 eV gradually became dominant. According to absorption and luminescent spectra, as ewll as the reported literatures, the emission peak at 2.73 eV is the near band-edge emission, the emission peak at 2.48 eV is attributed to the transition involved by sulfide-related vacancies and the emission peak at 2.17 eV is attributed to the recombination occurred with Cd-atom-related defects.
The results of TRPL indicates that the were PL intensity of CdS nanocrystal decayed with time, and that were well fitted by the combination of a mono-exponential and a stretched-exponential functions, whose carrier lifetime is corresponding to a shorter lifetime (τ1) and a longer lifetime (τ2). It was found that the longer lifetime τ2 decreases with increasing luminescence energy. If is believed that, the longer lifetime (τ2) correspond to the process that the carriers were first confined to surface localization states, then the carriers were activated the direct to recombine with holes. And the shorter lifetime (τ1) is due to electron-hole pair recombination within the CdS nanoparticles. Finally, we proposed a simple model to explain for emission mechanisms of CdS nanoparticles embedded in polymer matrices.

目錄
中文摘要----------------------------------I
英文摘要----------------------------------III
致謝--------------------------------------V
目錄--------------------------------------VI
圖目錄------------------------------------VIII
表目錄------------------------------------X
第一章 序論-------------------------------1
第二章 製程與量測系統原理及文獻回顧----------7
2-1 溶膠-凝膠(Sol-Gel)合成機制----7
2-2 硫化鎘發光機制之文獻探討-------8
2-3 光激螢光光譜儀------------------------9
2-4 光激螢光激發光譜儀------------13
2-5 時間鑑別光激螢光----------------------14
2-6 X-Ray 光譜儀-----------------17
2-7 吸收穿透光譜儀----------------21
2-7 參考文獻-----------------------------23
第三章 實驗方法與步驟----------------------25
3-1 以溶膠-凝膠法製備硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列--25
3-1-1 基板之清洗-----------------26
3-1-2 硫化鎘溶液製程-------------27
3-1-3 硫化鎘奈米晶體製程----------28
3-2 實驗所用藥品-------------------------29
第四章 結果與討論---------------------------------31
4-1 以溶膠凝膠法製備硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列----31
4-1-1 X-Ray diffraction (XRD) 繞射圖分析--31
4-1-2 光激發螢光光譜 (PL)分析--------------35
4-1-3 吸收光譜及螢光激發光譜 (PLE)分析------40
4-1-4 時間鑑別光激螢光譜 (TRPL)分析--------43
4-2 參考文獻-------------------------------------50
第五章 結論-----------------------------------------------52

圖目錄
圖2-1 半導體載子基本躍遷模型圖-----------------------------11
圖2-2 光激螢光系統裝置意示圖-------------------------------13
圖2-3 光激螢光激發光系統架構圖-----------------------------14
圖2-4 時間解析光激螢光實驗架-------------------------------16
圖2-5 單光子計數器原理------------------------------------16
圖2-6 布拉格繞射示意圖------------------------------------18
圖2-7 X-ray繞射儀之裝置圖---------------------------------20
圖3-1 硫化鎘奈米晶體實驗架構流程圖-------------------------25
圖4-1 硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇樣品，在空氣中以不同製程溫(160°C ~ 300°C)加熱處理連續30分鐘之X-射線繞射圖--------------------33
圖4-2 聚乙基醇之(a)光激螢光光譜(b)吸收光譜------------------37
圖4-3 (a)有聚乙基醇 (b)無聚乙基醇之硫化鎘樣品之光激螢光譜
圖-------------------------------------------------------37
圖4-4 硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列之樣品(160)、(170)、
(180)、(195)、(210)、(225)、(240)、(255)、(270)、(285)、
(300)之室溫光激螢光光譜圖----------------------------------39
圖4-5 硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列樣品，在製程溫度160°C持續加熱處理30分鐘之光激螢光光譜-----------------------------------39
圖4-6 (a)玻璃基板(b)聚乙基醇之吸收光譜---------------------40
圖4-7 硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列之吸收光譜---------------40
圖4-8 硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列樣品，在製程溫度 160 ℃
持續加熱處理30分鐘之室溫光激螢光光譜(左圖)及光激螢光激發光譜圖(右圖)------------------------------------------------------41
圖4-9 在室溫下對三個發光波段做時間鑑別光激螢光光譜圖
(a)2.73 eV (b)2.48 eV (c)2.17 eV------------------------47
圖4-10 室溫下硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列樣品之載子生命
期隨不同螢光能量之關係圖-------------------------=----------49
圖4-11 硫化鎘奈米晶體嵌入聚乙基醇陣列之發光機制示意圖---====---49


表目錄
表 2-1 硫化鎘粒子光學特性之文獻整理--------------------------9
表 4-1 硫化鎘奈米晶體系列之 a/c 晶格比較---------------------34
表 4-2 硫化鎘奈米晶體樣品在不同製程溫度的命名----=------------34
表 4-3 不同發光波長之時間鑑別光激螢光模合結果-----------------44

第一章
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