1．目的及意义
对半导体纳米材料来说,当微粒的尺寸小到和激子的Bohr半径相当时,材料将表现出一系列不同于体块材料的物理化学特性。大量的研究表明,纳米半导体化合物的吸收光谱由于量子限域效应其吸收边界将出现蓝移,使禁带变宽,对这种尺寸影响的光学性质的研究是研究的热点。纳米材料的实用化是科研工作者孜孜以求研究纳米材料的原动力,利用半导体纳米材料特殊的光学特性制备成的光学器件将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。
半导体纳米晶由于具有量子限域效应而使得带隙可调，对于铅的硫族化合物如PbS和PbSe，理论上它们的吸收峰和发光峰可调范围为近、中红外波段,覆盖了重要的电通信窗口和大气传输窗。截止目前，大多数研究者致力于玻璃中铅的硫族化合物量子点在近红外波段的吸收和发光性能研究，例如PbS和PbSe量子点掺杂玻璃已用于各种激光系统产生脉冲光的可饱和吸收体，并提出作为光纤放大器和近红外宽带光源。并且已出现可饱和吸收体的吸收峰在2384nm、2254nm、2175nm和2090nm的中红外波段，有研究者AngelaB.Seddo报道了硫族化合物玻璃在中红外波段的应用，可用于医学内窥镜系统进行实时分子检测，成像，组织分析和纤维激光手术。根据各量子点的禁带宽度，吸收峰和发光峰的调控范围可覆盖可见光，近红外波段。
Kai Xu等人利用熔融法制备出了CdS和Ag2O掺杂的硅酸盐玻璃，通过发光猜测Ag和CdS纳米晶之间会发生电荷转移，进而影响量子点的发光，文中还提到两种纳米晶须距离很近才会发生上述现象。而稀土共掺目的是使稀土团簇作为量子点的成核剂，在相同的热处理条件下，增大稀土的掺杂浓度量子点的粒径变小，带隙能变大，ChaoLiu制备了稀土掺杂的量子点玻璃，发现稀土离子的浓度对量子点的发光有很大的影响，还证实了稀土离子确实存在PbS纳米晶中，应该是起到了成核剂的作用。
因为PbSe量子点由于具有较宽的带隙和较大的激子结合能，使其在室温下能产生有效的量子点本征发光，发光性质可以通过改变量子点的尺寸和化学组成调控，使其荧光发射波长覆盖整个可见光区。Ⅱ-Ⅵ族量子点有效带隙可调范围大，能够实现近、中红外波段的可调吸收和辐射，可作为近、中红外波段的光源及增益介质,在非线性领域和光谱下转换领域极具应用前景，在可见光波段范围内的应用有着无可替代的优势；而玻璃具有良好的热力学稳定性和化学稳定性，是量子点的重要基质材料之一,在玻璃中微晶玻璃具有高强度、高韧性、低膨胀甚至负热膨胀等优异性能，更适合当其基质材料。本研究旨在制备出含有PbSe量子点的微晶玻璃，并对其光学性能及显微结构进行研究。
{title}

2. 研究的基本内容与方案

{title}2.1 研究内容

本文针对量子点掺杂微晶玻璃，基于玻璃中量子点析晶的热力学、动力学特性，从量子点掺杂微晶玻璃中硫族元素化合物过饱和溶解度角度出发，研究了PbSe量子点的析晶性能、量子点形成对微晶玻璃析晶性能的影响。PbSe量子点禁带宽度以及玻璃中PbSe量子点荧光性能。实验采用传统熔融法制备硅酸盐玻璃，以 ZnSe 和PbO 作为PbSe 的前驱体，制备了不同不同热处理温度下的玻璃样品，采用X 射线衍射、高分辨透射电镜、吸收与荧光光谱等表征、分析了PbSe量子点掺杂玻璃的微观结构与光学性能；阐明了玻璃组成、热处理工艺对量子点禁带宽度、荧光性能等的影响。

2.2 研究目标
本实验基于硅酸盐玻璃基质，利用熔融法，通过在玻璃原料中掺杂ZnSe和PbO，制得硅酸盐玻璃，后将玻璃进行一系列的热处理进而制备出了PbSe 量子点。在一定的热处理条件下使得玻璃中可以析出较大粒径的PbSe量子点，研究其发光性能和析晶情况。通过对实验样品进行测试分析达到以下实验目标：
1.能够成功在微晶玻璃，通过传统熔融法制备出性质较为优良的PbSe量子点，学习并掌握基本的实验室玻璃的制备方法与制备工艺，学习并能独立对实验室仪器进行基本操作。
2.通过对制备完成的样品进行X 射线衍射、高分辨透射电镜、吸收与荧光光谱等测试手段，学习并了解测试仪器基本工作原理。通过对相关文献的阅读，学习分析数据，处理数据，得到实验样品所包含的具体信息。
3.通过对测试结果进行分析，探究量子点掺杂杂对微晶玻璃光学性能的影响，明确其对玻璃光学性质影响的具体机理，研究其在实际生活中应用价值。

2.3 技术方案

2.3.1 微晶玻璃的制备

首先是确定合适的玻璃组分，将量子点生长所需前驱体添加到玻璃原料中，将组成玻璃的每个组分称量，称量过程中要精确到小数点后第三位；
将所称样品分别置于混样瓶中，接着倒入酒精，在混料机中湿混10h，取出后倒入蒸发皿中，后用酒精冲洗混样瓶；
都倒入蒸发皿中，放入烘箱，先在80摄氏度下烘两小时，然后将烘箱温度上升到105摄氏度，烘4小时左右，样品烘干后，盛入氧化铝坩埚中，为了避免玻璃组分的挥发，熔制玻璃时要加盖，然后在高温炉中熔制合适的时间后，迅速倒在铜质的模具上，用另一块铜板将玻璃液压制成条状，使其快速冷却，转至450℃的退火炉中退火2h以减小玻璃的热应力。然后将玻璃样品切成1cm×1cm的小块
样品热处理后，要进行抛光，整个抛光完成后，玻璃片两面均为镜面状。然后将粘有玻璃片的玻璃板放在加热台上加热到200摄氏度，软化后将玻璃片取下来，用丙酮进行超声清洗，因为丙酮可以融化掉固体胶，此时玻璃片为无划痕的镜面状，等待做X射线衍射分析、吸收光谱、发射光谱和高分辨透射电子显微镜等测试。
2.3.2 玻璃中量子点的制备及析晶
将上述玻璃样品取少量磨粉做热分析测试，根据测试结果选择合适的热处理温度和时间，然后将上述小块玻璃放入热处理炉中，玻璃中会析出量子点，然后对玻璃片进行抛光，抛光经过120目，400目，1200目，2400目的砂纸及最后的抛光布等步骤完成，每一步通过玻璃表面的条纹判断是否合格，最后将玻璃表面抛成镜面，做吸收光谱和荧光光谱测试。
2.3.3 PbSe量子点粒径的计算
玻璃中析出量子点的粒径大小一般可以通过高分辨透射电子显微镜，XRD图谱和吸收光谱等方法计算得知，透射电镜即直接测量粒径大小。

3. 参考文献
[1]EkimovA.Growth and optical properties of semiconductor nanocrystals in a glass matrix.Journal of luminescence, 1996, 70(1): 1-20.
[2]OLkhovets A.,Hsu R. C.,Lipovskii A.,and Wise F.W.,Size-Dependent Temperature Variation of the Energy Gap in Lead-Salt Quantum Dots[J], Physical Review Letters,1998,81(81):3539-42.
[3]Ma D W, Zhang Y N, Xu Z S, et al. Influence of Intermediate ZnO on the Crystallization of PbSe Quantum Dots in Silicate Glasses. Journal of the American Ceramic Society, 2014, 97(8): 2455-2461.
[4] Wang J, Liu C, Park W, Heo J. Band gap tuning of PbSe quantum dots by SrO addition in silicate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids. 2016,452:40-44.
[5] Wang J, Zhang W, Liu C, Han J. Growth of lead selenide quantum dots in silicate glasses. Journal of Non-Crystalline Solids. 2017,475:44-47.
[6] Chang J, Liu C, Heo J. Optical properties of PbSe quantum dots doped in borosilicate glass. Journal of Non-Crystalline Solids. 2009,355(37):1897-1899.
[7]Bakueva L.,Musikhin S.,Hines M.A.,et al.Size-tunable infrared 1000–1600nm electroluminescence from PbS quantum-dotnanocrystals in a semiconducting polymer[J],Appl. Phys.Lett.2003,8:2895–2897.
[8]Angela B.Seddon. A Prospective for New Mid-Infrared Medical Endoscopy Using Chalcogenide Glasses,International Journal of Applied Glass Science,2011,2(3): 177–191. [
[9]Kai Xu,Jong Heo.CdS Quantum Dots in Glass，Modification of photoluminescence by Silver Doping[J],International Journal of Applied Glass Science, 2011, 2(3): 157–161.
[10]张玉江,耿蕊,李月强,刘力双.PbSe量子点光谱特性的时间与温度依赖性研究[J].工具技术,2017,51(08):113-116.
[11]程成,席子扬,姚建华.PbSe量子点硅酸盐玻璃光纤的制备及光纤光致荧光光谱特性[J].光子学报,2017,46(06):67-73.
[12]熊宇达. 玻璃中PbS量子点的近红外反Stokes荧光性能研究[D].武汉理工大学,2017.
[13]张艳妮. 熔融法制备较高密度PbSe量子点玻璃关键技术的研究[D].浙江工业大学,2012.
[14]程成,席子扬,姚建华.PbSe量子点硅酸盐玻璃光纤的制备及光纤光致荧光光谱特性[J].光子学报,2017,46(06):67-73.
[15]程成,汪方杰.基于钠铝硼硅酸盐玻璃的近红外宽带PbSe量子点光纤放大器的实验实现[J].光学学报,2018,38(11):57-65.
[16]黄吉.熔融法PbSe量子点掺杂玻璃的制备及研究[D].浙江工业大学,2015.