硅化鐵復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其發(fā)光特性研究項目摘要

發(fā)展光電子集成是人們長期的夢想。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，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，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)域中的一個研究熱點。本項目采用高能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。本項目利用自上而下的思想，主要以微米級堿土鋁酸鹽長余輝發(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)條件對長余輝發(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)的形成過程和機理，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。本項目的研究和完成，將為長余輝發(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4年左右時間的努力，我們完成了本項目的研究內(nèi)容，取得了相應(yīng)的研究成果，為納米長余輝發(fā)光材料制備以及碳點與無機發(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。 本項目比較系統(tǒng)研究了有機溶劑熱處理長余輝發(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，并對形成機理進行了研究。 在國際上我們首先開展了有機溶劑熱處理塊體發(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，長余輝發(fā)光材料通過有機溶劑熱處理，不僅可以改變(增強或減弱)材料的長余輝性能，而且可以改變了長余輝發(fā)光材料的表面形貌和結(jié)構(gòu)，這與有機溶劑的種類、分子結(jié)構(gòu)、極性等有關(guān)。進一步，我們提出了有機溶劑熱處理長余輝發(fā)光材料表面形貌和結(jié)構(gòu)變化的機理。高溫高壓的有機溶劑在反應(yīng)釜中對長余輝塊體材料反復(fù)進行沖刷，從塊體材料上刻蝕出溝壑狀形貌，剝離下來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，用它來包覆長余輝發(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)用受到限制的問題，而且增強材料的發(fā)光強度。 本項目還擴大了研究范圍，研究了碳點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材料，研究了碳點的發(fā)光性能，進一步開展碳點與無機稀土發(fā)光材料的復(fù)合、性能和應(yīng)用研究，我們在國際上率先開展了碳點對植物生長發(fā)育的影響和組織成像，取得了新的結(jié)果。 本項目共發(fā)表SCI研究論文28篇，會議論文4篇，獲授權(quán)發(fā)明專利5件，申請發(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)時推測為隕石成因。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道。