材料制备方法
材料的制备方法课件
材料的制备方法
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电弧蒸发装置
工作原理：
在电弧蒸发壮装置中，使 用欲蒸发的材料制成放电 的电极。在薄膜沉积时， 依靠调节真空室内电极间 距的方法来点燃电弧，而 瞬间的高温电弧将使电极 端部产生蒸发从而实现物 质的沉积。控制电弧的点 燃次数或时间就可以沉积 出一定厚度的薄膜
材料的制备方法
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激光蒸发装置
无论在稀薄气体、金属蒸气或大气中，当电源功率较大，能提供足 够大的电流（几安到几十安），使气体击穿，发出强烈光辉，产生 高温（几千到上万度），这种气体自持放电的形式就是弧光放电。
通常产生弧光放电的方法是使两电极接触后随即分开，因短路发热， 使阴极表面温度陡增，产生热电子发射 。热电子发射使碰撞电离及 阴极的二次电子发射急剧增加，从而使两极间的气体具有良好的导 电性。弧光放电的特征是电压不高，电流增大的两极间电压反而下 降，有强烈光辉。
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射频溅射装置
特点： •交流电源的频率低于50kHz，通常使用频率区 间为5-30kHz •适用于各种金属和非金属材料的溅射
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磁控溅射装置
溅射法的缺点： •溅射方法沉积薄膜的沉积速率较低 •溅射所需要的工作气压较高，否则电子的平均 自由程太长，放电现象不易维持
磁控溅射的特点：
按照物质的结晶状态来划分：
• 单晶态 • 多晶态 • 非晶态
按照物质的尺寸来划分：
• 体材料 • 薄膜材料
材料的制备方法
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单晶材料的制备方法
• 直拉法 • 区熔法 • 布里奇曼法
材料的制备方法
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多晶材料的制备方法
熔炼（合金） 电弧，感应线圈，激光束
烧结（氧化物）
化学工程揭秘新型材料的合成方法
化学工程揭秘新型材料的合成方法为了满足不断变化的社会需求，科学家们在化学工程领域不断探索并研究新的材料合成方法。
这些新型材料在各个领域中发挥着重要作用，如电子、能源、环保等。
本文将揭秘一些新型材料的合成方法，介绍其制备工艺及应用。
一、聚合物材料合成方法1.原位聚合法原位聚合法是一种常见的合成聚合物材料的方法。
它通过在化学反应中加入单体，使其在反应过程中逐渐聚合形成聚合物。
这种方法的特点是简单易行，适用于大规模生产。
例如，聚乙烯和聚丙烯就是通过原位聚合法合成的。
2.溶液聚合法溶液聚合法是将单体溶解在溶剂中，加入引发剂或光引发剂，通过引发剂的作用使单体逐渐聚合形成聚合物。
这种方法的优点是能够控制聚合物的分子量和分子结构，制备出具有特定性能的材料。
举例来说，聚酯和聚酚等材料常采用溶液聚合法合成。
二、无机材料合成方法1.沉积法沉积法是一种通过在底物上逐渐沉积材料的方法。
它包括化学气相沉积、物理气相沉积、溶液沉积等多种形式。
这种方法适用于制备薄膜、纳米颗粒等材料。
例如，气相沉积法常用于制备硅薄膜和二氧化钛薄膜。
2.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将溶胶与凝胶逐渐转化为固体材料的过程。
溶胶指由溶剂中分散的颗粒或分子组成的胶体体系，凝胶则是指由溶液中形成的三维网状结构的凝胶体系。
这种方法适用于制备陶瓷材料、气凝胶等。
铝氧凝胶就是通过溶胶-凝胶法制备的。
三、纳米材料合成方法1.气相法气相法是通过在气相条件下进行反应合成纳米材料的方法。
它包括气相沉积、气相凝胶法等。
这种方法可以制备出高纯度、均匀分散的纳米材料。
氧化铝纳米颗粒常使用气相法进行合成。
2.凝胶法凝胶法是通过溶胶凝胶过程制备纳米材料的方法。
采用这种方法可以控制纳米颗粒的尺寸和形貌，制备出具有特殊性能的纳米材料。
二氧化硅纳米颗粒常采用凝胶法进行制备。
新型材料的合成方法多种多样，不同的材料类型适用于不同的合成方法。
随着科技的发展，更多新型材料的合成方法将被不断探索和发展。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法纳米材料的制备方法多种多样，具体选择的方法取决于所需纳米材料的性质、应用需求以及实验条件等因素。
以下是几种常见的纳米材料制备方法：1.化学合成法：-溶液法：将适当的化学物质在溶剂中混合反应，控制反应条件如温度、pH值等，通过溶液中原子、离子或分子的自组装形成纳米结构。
常见的溶液法包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、沉积法等。
-气相沉积法：将气态前驱物质通过化学反应沉积到基底表面，形成纳米结构。
气相沉积法包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等。
2.物理方法：-机械球磨法：通过机械力的作用使粉末颗粒在球磨罐中产生碰撞和摩擦，从而实现颗粒的细化和形态的改变，制备纳米颗粒或纳米结构。
-溅射法：利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材表面原子或分子脱落并沉积到基底表面，形成纳米薄膜或纳米结构。
3.生物合成法：-利用生物体内的生物合成过程，通过调控生物体的生理条件或添加适当的试剂，使生物体产生纳米材料。
常见的生物合成法包括植物合成、微生物合成等。
4.模板法：-利用模板的空间排列结构和特定的化学性质，将原料物质定向沉积或填充到模板孔道中，通过模板的模板效应制备纳米结构。
常见的模板法包括硅模板法、自组装模板法等。
5.激光法：-利用激光束对物质进行光照，控制激光的能量和焦点位置，使材料在局部区域发生化学或物理变化，形成纳米结构。
常见的激光法包括激光烧蚀、激光诱导化学气相沉积等。
这些制备方法各有特点，可以根据纳米材料的具体要求选择适合的方法进行制备。
同时，纳米材料的制备过程中需要注意控制反应条件、纯度和结构等关键因素，以确保制备得到高质量的纳米材料。
高分子材料制备方法
高分子材料制备方法
高分子材料制备方法有很多种，以下是常见的几种方法：
1. 添加聚合法：通过将单体加入反应体系中，在适当的温度和反应条件下进行聚合反应，来制备高分子材料。
常见的添加聚合法有自由基聚合法、阴离子聚合法、阳离子聚合法、共聚法等。
2. 缩聚法：通过合成可溶性低聚物和聚合物，然后通过化学反应或物理处理将其聚合成高分子材料。
常见的缩聚法有聚酯缩聚法、聚酰胺缩聚法、聚酰胺缩聚法等。
3. 乳液聚合法：将单体与表面活性剂、乳化剂等混合形成乳液，并通过反应引发剂或共聚催化剂进行聚合反应，得到乳液聚合物。
乳液聚合法具有操作简便、能够得到高纯度、高分子量聚合物等优点。
4. 溶液聚合法：将单体溶解在溶剂中，添加引发剂或催化剂，然后通过聚合反应得到高分子溶液。
常见的溶液聚合法有溶液聚合法、聚合溶胶-凝胶法等。
5. 辐射聚合法：通过辐射源（如光、电子束、离子束等）照射单体或预聚合体，使其发生聚合反应。
辐射聚合法具有反应速度快、操作简单等优点。
6. 其他方法：还有一些其他制备方法，如发泡法、交联法、剪切聚合法、纺丝
法等。
需要根据具体的高分子材料的性质和用途来选择适合的制备方法。
材料合成与制备方法
材料合成与制备方法材料合成是材料科学领域中的关键环节，合成方法的选择直接影响到材料的性能和应用。
本文将介绍几种常见的材料合成方法和制备技术，包括化学合成、物理合成和生物合成等。
一、化学合成化学合成是一种通过化学反应来制备新材料的方法。
通常需要原料物质在特定条件下进行反应，生成目标产物。
常见的化学合成方法包括溶液法、气相法和固相法等。
1. 溶液法溶液法是一种将原料物质溶解在适当的溶剂中，通过溶液中物质的扩散、固相沉淀和晶体生长等过程，制备出所需的材料的方法。
这种方法操作简单，适用于多种材料的合成。
2. 气相法气相法是一种将原料物质气化或溶解在惰性气体中，通过气相反应生成目标产物的方法。
这种方法通常用于制备高纯度、高质量的材料，适用于一些高温、高真空条件下的合成。
3. 固相法固相法是一种将原料物质混合均匀后，在高温条件下进行反应生成目标产物的方法。
这种方法适用于高温烧结、固相反应等制备过程。
二、物理合成物理合成是一种利用物理方法实现材料合成的方式。
常见的物理合成方法包括熔融法、机械合成和溅射法等。
1. 熔融法熔融法是一种将原料物质加热至熔化状态后冷却凝固成材料的方法。
这种方法通常用于金属材料、陶瓷材料等的制备，具有制备工艺简单、成本低廉的优点。
2. 机械合成机械合成是一种通过机械力对原料物质进行机械混合、压缩、研磨等过程，实现材料合成的方法。
这种方法适用于一些不容易发生化学反应的材料，可以制备出高性能的复合材料。
3. 溅射法溅射法是一种利用高能粒子轰击靶材表面，使靶材表面原子或分子脱落并沉积在基底上形成薄膜的方法。
这种方法适用于制备薄膜、涂层等材料，广泛应用于电子、光电等领域。
三、生物合成生物合成是一种利用生物体或生物体系来合成材料的方法。
常见的生物合成方法包括生物体内合成、发酵法和生物模板法等。
1. 生物体内合成生物体内合成是一种利用生物体自身代谢过程中产生的物质合成材料的方法。
这种方法适用于生物体本身就能够合成目标产物的情况，具有环境友好、资源可再生的优点。
制备材料的方法有哪些
制备材料的方法有哪些制备材料的方法是指通过不同的工艺和技术手段来获得所需材料的过程。
下面将介绍几种常见的制备材料的方法。
1. 熔融法：将原料加热至熔点，使之熔化后，再通过冷却使其凝固形成所需材料。
这种方法适用于金属、陶瓷等高熔点物质的制备。
例如，熔化高纯度金属，将其倒入模具中进行冷却后，可以制备出金属块、片等。
2. 溶液法：将固体物质溶解于适当溶剂中，形成溶液，通过溶液的浓缩、结晶、沉淀等操作，使所需物质重新沉淀出来。
溶液法适用于很多无机物和有机物的制备。
例如，制备硫酸铜，将铜粉与硫酸反应，得到溶液后可以通过结晶使硫酸铜重新生成。
3. 气相沉积法：通过气体中的反应物质在合适的条件下发生化学反应，沉积在基底表面，形成所需材料。
气相沉积法常用于制备薄膜材料，例如化学气相沉积法可以制备出具有特殊性质的二氧化硅膜。
4. 沉淀法：通过在溶液中加入适当的试剂，使反应物质发生沉淀反应，从而得到所需材料。
沉淀法常用于制备金属氧化物、金属碳酸盐等材料。
例如，制备氢氧化铝，先将铝盐溶解在水中，然后加入氢氧化钠，铝阳离子于碱性条件下与氢氧化物离子发生沉淀反应，从而沉淀得到氢氧化铝。
5. 水热法：将反应物溶解于水或有机溶剂中，在高温高压条件下进行反应，然后快速降温使溶液冷却，形成所需材料。
水热法常用于制备金属氧化物、金属硫化物等材料。
例如，制备纳米颗粒，先将金属盐溶解在水中，然后在高温高压条件下进行反应，最后通过快速降温使溶液冷却，纳米颗粒便能沉淀出来。
6. 碳化法：将碳源与需要制备的元素放在一起，通过高温处理使其相互反应生成所需材料。
碳化法常用于制备陶瓷材料。
例如，制备碳化硅，将高纯度碳与二氧化硅混合，置于高温炉中加热，碳与硅发生反应形成碳化硅。
7. 导体法：通过在材料中加入一定比例的导体，通过电流通过导体来使材料自身发生反应或电解溶液，从而得到所需材料。
导体法常用于电解法制备金属材料。
例如，用氯化钠溶液电解可得到氯气和金属钠。
现代金属材料的制备与成型技术
现代金属材料的制备与成型技术一、金属材料的制备技术：1.熔炼法：熔炼法是制备金属材料最常用的方法之一、它通过将金属原料加热至熔化状态，然后通过冷却凝固形成所需形状的材料。
熔炼法可分为电熔法、真空熔炼法、坩埚熔炼法等。
2.粉末冶金法：粉末冶金是一种将金属粉末通过成形与烧结来制备金属材料的方法。
该方法不需要熔化金属，可直接使用金属粉末，在高压下成型成所需形状，然后通过烧结得到金属材料。
3.化学法：化学法是一种利用化学反应来制备金属材料的方法。
常见的化学法包括电解法、沉积法和溶液法等。
这些方法通过将溶解金属离子的溶液与适当的反应剂反应，使金属离子还原成金属固体。
4.气相沉积法：气相沉积法是一种利用高温高压条件下，使金属原料气化后沉积在衬底上的方法。
这种方法可以制备薄膜、纤维等金属材料。
二、金属材料的成型技术：1.锻造成型：锻造是一种将金属材料加热至一定温度后施以一定的力使金属发生塑性变形，从而得到所需形状的方法。
锻造可分为自由锻造、模锻造和挤压锻造等。
2.压力成型：压力成型是一种利用压力来使金属材料发生塑性变形，从而得到所需形状的方法。
常见的压力成型包括挤压、拉伸、连续模锻等。
3.粉末冶金成型：粉末冶金成型技术是指利用金属粉末进行成型的方法。
通过将金属粉末与适当的粘结剂混合，然后在高压下成形。
最后通过烧结将金属粉末与粘结剂固化在一起，得到所需形状的金属成品。
4.焊接与连接：焊接是一种将两个或多个金属材料通过加热、溶解或者高压连接在一起的方法。
常见的焊接方法有电弧焊接、气焊、激光焊接等。
除了焊接外，还有螺纹连接、铆接和胶粘连接等方法。
三、现代金属材料的设备与工具：1.熔炉：熔炉是用于将金属原料熔化的设备，它可以提供高温条件，使金属原料达到熔点，进行熔炼制备。
2.成型机床：成型机床是用于金属材料成型的机床设备，如锻压机、冲床、拉伸机等。
它们通过施加力或者压力，使金属发生塑性变形，得到所需形状。
3.烧结炉：烧结炉是用于粉末冶金制备的设备，它可以将金属粉末在高温条件下烧结成一体。
材料制备方法范文
材料制备方法范文一、溶剂热法溶剂热法是指将反应物溶解在合适的溶剂中，在一定的温度和压力下进行反应，形成所需的材料。
该方法适用于制备纳米颗粒、纳米薄膜等材料。
以制备纳米颗粒为例，具体操作步骤如下：1.准备所需的反应物和溶剂。
将反应物和溶剂称量并放入反应容器中。
2.加热反应容器。
将反应容器放入加热装置中，升高温度至反应温度。
3.反应。
在一定时间内保持反应温度，使反应进行。
可以通过搅拌或超声辅助反应。
4.冷却。
待反应完成后，将反应容器取出，并在室温下冷却至制备物形成。
5.分离和洗涤。
将制备物分离出来，并用适当的溶剂进行洗涤，去除残余物。
6.干燥。
将洗涤后的制备物进行干燥，得到所需的纳米颗粒。
二、气相沉积法气相沉积法是指通过蒸发或气化的方式将反应物输送至反应区域，然后在一定的温度和气氛下进行反应，最终得到所需的材料。
该方法适用于制备薄膜、纳米线等材料。
以制备薄膜为例，具体操作步骤如下：1.准备反应器。
选择适当的反应器，并预先清洗，确保无杂质。
2.装入反应物。
将反应物放入反应器的蒸发源中。
3.创建气流。
通过控制压力和气体流量，使反应物气化形成气流，经过反应室。
4.反应。
在特定的温度和气氛下，使气流中的反应物在基片上沉积形成薄膜。
5.冷却。
待反应完成后，停止反应，使反应室冷却至室温。
6.取出制备物。
将基片从反应器中取出，得到所需的材料薄膜。
三、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指通过先将反应物溶解在适当的溶剂中形成溶胶，然后通过固化凝胶来制备材料。
该方法适用于制备陶瓷材料、复合材料等。
以制备陶瓷材料为例，具体操作步骤如下：1.准备溶解液。
将所需的反应物溶解在适当的溶剂中，形成溶解液。
2.调整溶解液pH值。
根据所需的陶瓷材料类型，调整溶解液的pH值。
3.沉淀形成凝胶。
通过加入适当的沉淀剂或调整温度等方式，使溶解液中的反应物发生沉淀反应，形成凝胶。
4.干燥和固化。
将得到的凝胶进行干燥，去除溶剂，并在适当的温度下进行固化，得到固体材料。
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2.1 量子线的定义（Quantum wire）
量子线，电子科技术语。它是一种能使电子在空间两个方向(如x，y 方向)上的运动均受到约束，只能沿长度方向(z方向)自由运动的低维结 构材料。 量子结构对于电子具有量子限制效应，用维数来分类，量子结构有： 一维受限的准二维结构，一般称为量子阱；二维受限的准一维结构称为 量子线；三维受限的准零维结构称为量子点。
量子点尺寸越小
比表面积越大
表面存在缺陷
不稳定
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量子点宏观量子隧道效应
电子在纳米尺度空间中运动，物理线度与电子自由程相当，载流子的输运 过程将有明显电子的波动性，出现量子隧道效应． 传统的功能材料和元件，其物理尺寸远大于电子自由程，所观测的是群电 子输运行为，具有统计平均结果，所描述的性质主要是宏观物理量．当微电 子器件进一步细微化时，必须要考虑量子隧道效应。 指气体分子两次碰撞之间的时间内经过的路程的统计平均值 是电子在纳米尺度空间中将有明显的波动性.
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3.3 量子阱的制备
量子阱的制备通常是通过将一种材 料夹在两种材料（通常是宽禁带材 料）之间而形成的。
一般这种材料可以通过MBE （分子束外延）或者MOCVD （化学气相沉积）的方法来制 备
制备
又比如量子阱LED：在LED中引 入量子阱，可以明显提高发光效 率，或使之具有常规LED没有的 特性，例如发光波长的可调制性
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量子点在生命科学中的应用
基于量子点发光二极管(QLED)的有源矩阵显示屏。 提高了亮度和画面鲜艳度的同时，还减少了能耗。 特性：当受到电或者光(诸如LED产生的光)的刺激时就会发光，产生亮 光和纯色，其发出的光线颜色由量子点的组成材料和大小、形状所决定。
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比如两层砷化铝之间夹着砷化镓。
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01 量子点 02 量子线
03 量子阱
典型动画的应用举例 04 参考文献
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4.1 参考文献
【1】 Schermer R, Berglund W, and Ford C. Optical amplification at 1534nm in erbiumdoped zirconia waveguides [J]. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2003, 39(1): 154159. 【2】张立德, 牟季美. 纳米材料和纳米结构[M]. 第一版, 北京: 科学出版社, 2001. 112－113. 【3】Murray,C.B;Norris,D.j.;Bawendi,M.G.J.Am.Chem.soc.1993,115,8706 【4】Kubo R, Kawabata A and Kobayashi S. Electronic properties of small particles [J]. Annual Review of Materials, 1984, 14:49-66． 【5】Haifeng Bao, Erkang Wang, and Shaojun Dong, One-Pot Synthesis of CdTe Nanocrystals and Shape Control of Luminescent CdTe–Cystine Nanocomposites. small 2006, 2, No. 4, 476 – 480. 【6】Primera-Pedrozo 0 M， Arslan Z， Rasulev B， et al. Room temperature synthesis of PbSe quantum dots in aqueous solution: stabilization by interactions with ligands [JJ.Nanoscale ，2012， 4(4) : 1312-1320.
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Thanks！
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1.2 量子点的性质
量子限域效应
表面效应 宏观量子隧道效应 尺寸效应
量子点的性质
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量子点限域效应
颗粒半径小于或接近于波尔半径，纳米 电子被限制在波尔半径以内。 玻尔半径
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量子点表面效应
较大的比表面积（表面原子数与量子点总原子数之比）。
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——量子点、量子线、量子阱 ——王威 孙焰
01 量子点 02 量子线
03 量子阱
04 参考文献
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01 量子点 简单动画的个性设置 02 量子线
03 量子阱
04 参考文献
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1.1 量子点（Quantum Dots，QDS）的定义
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量子点被应用于显示屏
基于量子点发光二极管(QLED)的有源矩阵显示屏。 提高了亮度和画面鲜艳度的同时，还减少了能耗。 特性：当受到电或者光(诸如LED产生的光)的刺激时就会发光，产生亮 光和纯色，其发出的光线颜色由量子点的组成材料和大小、形状所决定。
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量子点被应用于光纤放大器
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2.2 量子线的制备方法和研究现状
量子线是一种典型的低维结构， 最早的量子线的制备方法是采用刻蚀量子阱与线 栅阵列调备量子阱中电荷密度使量子阱成线性形状即量子线， 后来又出现了电子束 曝光和湿法腐蚀方法， 近些年来， 主要采用分子束外延技术和金属有机物化学汽 相沉积等方法 Xiao 等用变分法研究了电场对非对称量子点中极化子的能态和跃迁频率的影响， 研究了电场、温度和库仑束缚势对量子棒中量子比特性质的影响； 等采用求解能量本征方程、么正变换和变分相结合的方法， 研究声子和磁 场对量子环中极化子性质的影响； 本文作者曾使用线性组合算符和幺正变换相结合 的方法研究了量子线中和量子棒中极化子、束缚极化子基态和激发态的性质。
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3.2 量子阱
量子阱有着三明治一 样的结构，中间是很 薄的一层半导体膜， 外侧是两个隔离层。
由于量子阱宽度的限制， 阱壁具有很强的限制作用， 使得载流子只在与阱壁平 行的平面内具有二维自由 度，在垂直方向，使得导 带和价带分裂成子带。
在具有二维自由度的 量子阱中，电子和空 穴的态密度与能量的 关系为台阶形状。而 不是象三维体材料那 样的抛物线形状。
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01 量子点 02 量子线
03 量子阱 多个对象的组合设计
04 参考文献
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3.1 量子阱（Quantum well）的定义
为了形成量子化，可以把能够在三维空间自由运动的粒子束缚在一个平面区域。当 量子阱的厚度达到载流子（电子或空穴）对应物质波的波长相同的数量级时，量子 束缚效应就可以发生，造成子能带（energy subband），也就是说载流子具有离散 的能量值。 量子阱（QW）是指由两种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效 应的电子或空穴的势阱
量子点优势的运用： 放大器可以实现任意通信波段的信号增益； 实现全波段1260nm~1625nm的信号增益；
对光的散射可以忽略不计，降低了器件的损耗；
荧光光谱有着平滑的包络。
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01 量子点 单个对象的组合设计 02 量子线
03 量子阱
04 参考文献
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4.1 参考文献
【7】Schroedter A, Weller H, Eritja R et al. Biofunctionalization of silica-coated CdTe and gold nanocrystals [J]. Nano Letters, 2002, 2(12):1363-1367. 【8】Chen C Y, Cheng C T, Yu J K et al. Spectroscopy and Femtosecond Dynamics of Type-II CdSe/ZnTe Core Shell Semiconductor Synthesized via the CdO Precursor [J]. Journal of Physical Chemistry B, 2004, 108(30):10687-10691. 【9】Gao C. Donath E. M hwald H et al. Spontaneous deposition of water-soluble substances into microcapsules: Phenomenon, mechanism, and application [J]. Advanced Materials. 2002,114(20):3743-3947. 【10】Jeffrey M. Pietryga， Donald J. Werder, Darrick J. Williams, Joanna L. Casson, Richard D. Schaller, Victor I. Klimov, and Jennifer A. Hollingsworth* , Utilizing the Lability of Lead Selenide to Produce Heterostructured Nanocrystals with Bright, Stable Infrared Emission，J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 4879 – 4885。