химический каталог




Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства

Автор А.И.Гусев

смещение i полосы поглощения наблюдается для наночастиц с d < 10—12 нм. Влияние размеров наночастиц на оптические спектры обнаружено для многих типов полупроводников [399—414].

В макроскопическом кристалле энергия экситона Е состоит из ширины запрещенной зоны Ес (разности энергий между зоной : проводимости и валентной, уменьшенной на энергию связи элек- ' трона и дырки (эффективную энергию Ридберга ЈR„ = u.e72i?2rtJ), ! и кинетической энергии центра тяжести экситона. Для полупро- f водниковой наночастицы радиусом г последнее слагаемое равно '; п2тс2А2/2ц.|'2 [398], т. е. обратно пропорционально квадрату радиуса частицы. Более строгий анализ влияния размеров наночастицы на энергию экситона и учет кулоновского взаимодействия электрона и дырки дают следующее выражение [400, 415].

Е = Еъ- 0,248ЈRy + («W/2ur2) - (l,78e7er).

112

Сумма первого и третьего слагаемых в (3.45) представляет собой эффективную ширину запрещенной зоны. Из (3.45) следует, что уменьшение размера частиц должно сопровождаться ростом эффективной ширины запрещенной зоны. Именно такой эффект отмечен на наночастицах CdTe: при переходе от массивного кристалла к наночастицам диаметром 4 и 2 нм эффективная ширина запрещенной зоны увеличилась с 1,5 до 2,0 и 2,8 эВ соответственно [416]. Рост ширины запрещенной зоны тонкодисперсного порошка Si3N4 в сравнении с массивным кристаллом обнаружен при изучении ИК- и флуоресцентных эмиссионных спектров [417].

Поскольку энергия возбуждения экситона Е = Йсо (со — частота падающего света), то из уравнения (3.44) следует, что с уменьшением размера наночастиц линии оптического спектра должны смещаться в высокочастотную область. Такое смещение (до 0,1 эВ) полос поглощения в спектрах наночастиц CuCl (d = 31, 10 и 2 нм), диспергированных в стекле, наблюдали в работе [399]. На рис. 3.16 в качестве примера показаны оптические спектры наночастиц CdSe [414]; при уменьшении их диаметра полоса поглощения сдвигается в область более высоких энергий, т. е. наблюдается голубое смещение. В первом приближении энергия максимума полосы поглощения обратно пропорциональна квадрату радиуса г2 частиц CdSe. Большая ширина полос поглощения (примерно 0,15 эВ, или 1200 см-1) обусловлена дисперсией размера наночастиц — отклонение диаметра частиц от средней величины составляло ±5 %. Выполненный в [414] анализ позволил найти истинную («гомогенную») ширину линий поглощения, точно соответствующую данному размеру частиц; в результате показано, что уменьшение диаметра наночастиц приводит к увеличению ширины линий поглощения (рис. 3.17, кривая 7).

Авторы [414] выделили в «гомогенной» ширине линии поглощения три вклада. Наиболее существенный вклад (рис. 3.17, кривая 2) обусловлен упругим рассеянием излучения на примесях и дефектах решетки. Он зависит от размера наночастицы (точнее, от эффективной площади поверхности рассеяния, пропорциональной отношению S/V, где S — площадь поверхности, V — объем наночастицы), а не от температуры. Второй вклад (рйс. 3.17, кривая 3) обусловлен связыванием низкочастотных колебательных мод нанокристалла. Этот вклад сильно зависит

113

от температуры и вызывает уширение линии, которое линейно растет с повышением температуры. Фононное уширение, обусловленное связыванием низкочастотных колебаний, дает значительный (до 20—35 %) вклад в «гомогенную» ширину не только при высоких, но даже при низких температурах. Третий вклад (рис. 3.17, кривая 4) связан с временем жизни экситона, которому соответствует быстрый распад исходного состояния на другие электронные конфигурации, слабо связанные с основным состоянием. Изменение состояния заметно зависит от размера частицы вследствие захвата экситона локализованными поверхностными состояниями. Если захват связан с простым перекрытием внешних волновых функций с локализованными поверхностными состояниями, то скорость захвата должна быть пропорциональна отношению площади поверхности частицы к ее объему, т. е. S/V.

(3.46)

Рекомбинация генерированных светом зарядов приводит к люминесценции наночастиц. Изучение спектров люминесценции наночастиц ZnO [152], ZnS [418, 419], CdS [420—423], CdSe [424, 425] также обнаружило голубое смещение, т. е. сдвиг спектров в коротковолновую область при уменьшении размера частиц. При заданном размере наночастицы время затухания люминесценции определяется длиной волны и тем меньше, чем больше энергия и меньше длина волны испускаемого кванта света. Зависимость времени жизни возбужденного состояния от длины волны X люминесценции обусловлена вкладом кулоновского взаимодействия электрона и дырки в энергию излучаемого светового кванта to = 2пПс/Х [426]:

где Ет

lithcfk = Јmin - (Dh-Dc) + (eVerel,),

минимальная энергия возбуждения люминесценции

наночастицы радиусом г; D,„ De— глубины ловушек дырки и электрона; г(,,,— расстояние между электроном и дыркой. Электронно-дырочные пары с малыми расстояниями / при туннельной рекомбинации дырок и электронов излучают свет быстрее и с меньшей длиной волны, чем пары с большими reh.

4. МИКРОСТРУКТУ

страница 41
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

Скачать книгу "Нанокристаллические материалы: методы получения и свойства" (1.38Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
керамогранит tiger natural decor
продали контактные линзы с неправильными диоптриями возврат
INCAR CHR-4213 Q3
переворачивающийся номерной знак

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(06.12.2016)