硅化鐵復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其發(fā)光特性研究

發(fā)展光電子集成是人們長(zhǎng)期的夢(mèng)想。1990年多孔硅室溫可見光的發(fā)現(xiàn)展示了采用半導(dǎo)體納米材料實(shí)現(xiàn)硅基光電子集成的可能性，此后，隨著深入的研究，發(fā)現(xiàn)多孔硅還存在著一些缺點(diǎn)，譬如，它的結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性不穩(wěn)定，不易獲得藍(lán)光發(fā)射等，因此克服多孔硅的缺點(diǎn)，尋求結(jié)構(gòu)和發(fā)光特性穩(wěn)定的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)今半導(dǎo)體材料物理領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本項(xiàng)目采用高能Fe 離子注入和高溫退火的辦法，在硅片上形成FeSi2層，然后用電化學(xué)腐蝕制備FeSi2 和Si 納米顆粒的復(fù)合體。在化學(xué)回餾后去除硅晶粒和剩下納米FeSi2 顆粒，然后用偶聯(lián)劑將C60 連接到FeSi2 顆粒上形成C60 偶聯(lián)的FeSi2 納米結(jié)構(gòu)。借助于多種微結(jié)構(gòu)和光譜分析研究手段系統(tǒng)地探索這種FeSi2納米顆粒及其納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的光激發(fā)和光發(fā)射特性，并從理論上揭示出產(chǎn)生光發(fā)射現(xiàn)象的本質(zhì)，尋求在光學(xué)器件上的應(yīng)用。

長(zhǎng)余輝發(fā)光材料是一類重要的節(jié)能材料，其納米化是目前重要的發(fā)展方向。本項(xiàng)目利用自上而下的思想，主要以微米級(jí)堿土鋁酸鹽長(zhǎng)余輝發(fā)光材料為原料，創(chuàng)造性地提出采用溶劑熱方法獲得并調(diào)控長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的納米結(jié)構(gòu)。研究溶劑熱反應(yīng)條件對(duì)長(zhǎng)余輝發(fā)光材料納米化的作用和影響，研究溶劑熱條件下納米結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程和機(jī)理，研究材料余輝性能的變化及與反應(yīng)條件和納米結(jié)構(gòu)的關(guān)系。本項(xiàng)目的研究和完成，將為長(zhǎng)余輝發(fā)光材料及其他發(fā)光材料的納米化提供新的方法和路線，為開拓長(zhǎng)余輝發(fā)光材料在生物醫(yī)學(xué)和光電轉(zhuǎn)換以及農(nóng)業(yè)等新的領(lǐng)域的應(yīng)用提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

通過(guò)4年左右時(shí)間的努力，我們完成了本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容，取得了相應(yīng)的研究成果，為納米長(zhǎng)余輝發(fā)光材料制備以及碳點(diǎn)與無(wú)機(jī)發(fā)光材料復(fù)合體系構(gòu)建及其應(yīng)用打下了基礎(chǔ)，提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。 本項(xiàng)目比較系統(tǒng)研究了有機(jī)溶劑熱處理長(zhǎng)余輝發(fā)光材料及其余輝性能變化，獲得了不同納米結(jié)構(gòu)和形貌，并對(duì)形成機(jī)理進(jìn)行了研究。 在國(guó)際上我們首先開展了有機(jī)溶劑熱處理塊體發(fā)光材料以獲得納米發(fā)光材料的研究，有望開辟一條“由上到下”制備納米發(fā)光材料的新方法。 我們的研究表明，長(zhǎng)余輝發(fā)光材料通過(guò)有機(jī)溶劑熱處理，不僅可以改變(增強(qiáng)或減弱)材料的長(zhǎng)余輝性能，而且可以改變了長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的表面形貌和結(jié)構(gòu)，這與有機(jī)溶劑的種類、分子結(jié)構(gòu)、極性等有關(guān)。進(jìn)一步，我們提出了有機(jī)溶劑熱處理長(zhǎng)余輝發(fā)光材料表面形貌和結(jié)構(gòu)變化的機(jī)理。高溫高壓的有機(jī)溶劑在反應(yīng)釜中對(duì)長(zhǎng)余輝塊體材料反復(fù)進(jìn)行沖刷，從塊體材料上刻蝕出溝壑狀形貌，剝離下來(lái)以納米顆粒的形式存在。在反應(yīng)釜自然冷卻降至室溫的過(guò)程中，溶劑熱反應(yīng)階段中產(chǎn)生的納米顆粒重新在塊體材料表面進(jìn)行自組裝，在不同溶劑的作用下，納米顆粒自組裝形成了不同的納米結(jié)構(gòu)和形貌。此外，我們還使用聚二甲基硅氧烷PDMS，利用它具有的優(yōu)異的透光性、化學(xué)惰性以及疏水性，用它來(lái)包覆長(zhǎng)余輝發(fā)光材料粉體顆粒的表面。結(jié)果表明，不僅提高了材料的耐水性，解決了此類材料因抗?jié)裥圆疃鴳?yīng)用受到限制的問(wèn)題，而且增強(qiáng)材料的發(fā)光強(qiáng)度。 本項(xiàng)目還擴(kuò)大了研究范圍，研究了碳點(diǎn)及其與稀土離子或稀土離子激活的熒光體復(fù)合，構(gòu)建一類新的發(fā)光體系，研究它們之間的相互影響和變化關(guān)系，發(fā)展材料的新的應(yīng)用領(lǐng)域。開展水熱法制備碳點(diǎn)材料，研究了碳點(diǎn)的發(fā)光性能，進(jìn)一步開展碳點(diǎn)與無(wú)機(jī)稀土發(fā)光材料的復(fù)合、性能和應(yīng)用研究，我們?cè)趪?guó)際上率先開展了碳點(diǎn)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響和組織成像，取得了新的結(jié)果。 本項(xiàng)目共發(fā)表SCI研究論文28篇，會(huì)議論文4篇，獲授權(quán)發(fā)明專利5件，申請(qǐng)發(fā)明專利15件。

自然界的硅化鐵通稱二硅鐵礦 ，二硅鐵礦最早發(fā)現(xiàn)于蘇聯(lián)亞速海岸的泥盆紀(jì)砂巖中，當(dāng)時(shí)推測(cè)為隕石成因。1975年魏全生等在蘇北研究某超基性巖體及鉻鐵礦時(shí)發(fā)現(xiàn)了二硅鐵礦。1983年張如柏等在安徽貴池縣某山區(qū)河流中發(fā)現(xiàn)了二硅鐵礦和自然硅(二者呈連體)。但不論是二硅鐵礦還是自然硅在金伯利巖中還是首見報(bào)道。