量子点的微反应合成及应用

　　本书通过多个具体实例，在化学反应和化学工程的交叉领域详实、深入、系统地介绍了多种量子点材料的微反应合成方法、性能及其在能源、生物、环境、机械等领域的应用。本书深入浅出地介绍了微反应技术的背景知识，系统分述了微反应技术在材料合成中的发展及在工业应用中的新进展。此外，本书还分析了材料规模化生产的前景，为解决工业装置中的放大问题，使量子点从实验室合成走向工业化制备和生产应用提供了指导，也为开发高效、低耗、安全、可控的现代化工技术提供了有益的启示。本书在理论分析、工艺实践上均具有重要的参考价值，对于读者了解量子点的基本知识以及微反应合成技术，纳米材料相关领域科研人员了解科技前沿研究进展都大有裨益。

　　栾伟玲博士，教授，博士生导师，教育部优秀青年教师、上海市曙光学者、上海市教育系统巾帼建功标兵。围绕微化学机械系统基础理论 及应用、纳米材料合成及能源技术、智能装备监测开展研究，主持国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）子课题、教育部科学技术研究重点计划、教育部优秀青年教师资助计划、中德国际合作研究计划、上海市优秀留学归国人员科研基金、上汽集团科技发展基金等多项攻关课题。

第1章 量子点的概述 ………………………………………………………… １
１．１　量子点的概念…………………………………………………………… １
１．２　量子点发光原理………………………………………………………… ３
１．３　量子点的光谱调控……………………………………………………… ４
１．４　量子点的光学性能……………………………………………………… ４
１．５　量子点的合成…………………………………………………………… ６
１．５．１　有机金属高温溶剂热法制备量子点研究进展……………………… ６
１．５．２　水溶性量子点的制备……………………………………………… ８
１．６　量子点的表征方法……………………………………………………… ９
１．６．１　吸收光谱和荧光光谱……………………………………………… ９
１．６．２　荧光量子产率…………………………………………………… １０
１．６．３　Ｘ射线衍射（XRD） ……………………………………………… １０
１．６．４　Ｘ射线能谱（EDS）………………………………………………… １０
１．６．５　电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）…………………………… １１
１．６．６　场发射透射电镜（FE-TEM） ……………………………………… １１
１．７　量子点的应用………………………………………………………… １１
１．７．１　量子点在发光二极管中的应用…………………………………… １２
１．７．２　量子点在太阳能电池领域的应用………………………………… １４
１．７．３　量子点在生物医学中的应用……………………………………… １６
１．７．４　量子点在离子测定中的应用……………………………………… １７
第2章 微反应技术…………………………………………………………… ２６
２．１　微反应技术的基本概念……………………………………………… ２６
２．２　微反应技术的特点…………………………………………………… ２７
２．３　微反应系统的制造…………………………………………………… ２９
２．３．１　常用材料………………………………………………………… ２９
２．３．２　加工技术………………………………………………………… ３０
２．３．３　连接技术………………………………………………………… ３６
２．４　微反应技术的应用…………………………………………………… ３９
２．４．１　微反应技术在化工领域的应用………………………………… ４０
２．４．２　微反应技术在生物领域的应用………………………………… ４５
２．４．３　微反应技术在热动力领域的应用……………………………… ４７
第3章 CdX(X=Se,S)/ZnS及Ⅱ-Ⅵ族复合结构量子点全连续微反应合成…… ５４
３．１　概述…………………………………………………………………… ５４
３．２　CdX(X=Se,S)/ZnS全连续微反应合成………………………… ５４
３．２．１　CdSe 前驱体合成工艺优化………………………………………… ５４
３．２．２　CdS/ZnS 核壳量子点合成工艺优化……………………………… ６９
３．３　Ⅱ Ⅵ族复合结构量子点全连续微反应合成………………………… ７４
３．３．１　绿色到深红色荧光CdSexS1-x合金结构量子点…………………… ７４
３．３．２　近红外荧光CdSexTe1-x合金量子点……………………………… ８２
３．４　微反应模块系统放大合成核壳结构量子点………………………… ９４
３．４．１　微模块介绍……………………………………………………… ９４
３．４．２　微模块反应系统的搭建…………………………………………… ９８
３．４．３　核壳结构量子点的放大生产……………………………………… ９９
第4章 高效发光CuInS2和CuInS2/ZnS量子点的合成及连续化工艺研究…… １１０
４．１　概述…………………………………………………………………… １１０
４．２　低温合成广谱发光核壳CIS/ZnS量子点的研究………………… １１１
４．２．１　实验方法……………………………………………………… １１１
４．２．２　ZnS的包裹对CIS吸收特性的影响和CIS/ZnS的晶体结构分析…… １１２
４．２．３　CIS核反应时间对光学特性的影响……………………………… １１５
４．２．４　ZnS包裹温度对CIS荧光量子产率的影响……………………… １１６
４．２．５　配体修饰对量子点光学特性和晶体生长的影响…………………… １１７
４．３　高效发光梯度核壳CIS/ZnS量子点的合成工艺研究…………… １２１
４．３．１　实验方法……………………………………………………… １２１
４．３．２　CIS/ZnS发光动力学研究……………………………………… １２１
４．３．３　ZnS壳层包裹时间和核反应时间对CIS/ZnS荧光特性的影响…… １２３
４．３．４　Zn/Cu原料摩尔比对CIS/ZnS发光特性的影响………………… １２４
４．３．５　壳层包裹温度对CIS/ZnS发光特性的影响……………………… １２５
４．３．６　CIS/ZnS的化学稳定性………………………………………… １２６
４．４　CIS和CIS/ZnS量子点的放大生产……………………………… １２６
４．４．１　实验工艺及方法………………………………………………… １２６
４．４．２　主要微反应设备的基本原理及特征……………………………… １２８
４．４．３　基于微反应器的放大分析……………………………………… １２９
第5章 量子点的规模化生产工艺设计及经济性分析 ……………………… １３４
５．１　概述…………………………………………………………………… １３４
５．１．１　量子点市场分析………………………………………………… １３４
５．１．２　总资产投资分析………………………………………………… １３５
５．１．３　总生产成本分析………………………………………………… １３６
５．２　工业化微反应器大小初步试算……………………………………… １３７
５．２．１　工艺说明……………………………………………………… １３７
５．２．２　设计依据……………………………………………………… １３８
５．２．３　工艺部分……………………………………………………… １３８
５．２．４　循环冷却水水质………………………………………………… １４０
５．２．５　主要设备……………………………………………………… １４０
５．２．６　微反应设备……………………………………………………… １４１
５．３　项目投资与经济性分析……………………………………………… １４２
５．３．１　资本投资估算…………………………………………………… １４２
５．３．２　总生产成本估算………………………………………………… １４３
第6章 含镉量子点在离子检测中的应用 …………………………………… １４６
６．１　油相合成量子点表面功能化修饰…………………………………… １４６
６．２　水溶性量子点………………………………………………………… １４９
６．３　CdSe/ZnS量子点对金属离子的选择性测试……………………… １５３
６．３．１　实验过程……………………………………………………… １５３
６．３．２　不同金属离子对量子点荧光强度的影响………………………… １５３
６．３．３　CdSe/ZnS量子点对Pb2+ 的定量检测…………………………… １５４
６．３．４　Pb2+ 对量子点荧光猝灭机理的探讨……………………………… １５５
第7章 量子点在太阳能电池中的应用……………………………………… １５９
７．１　概述…………………………………………………………………… １５９
７．１．１　太阳能电池的工作原理………………………………………… １６１
７．１．２　纳米晶在太阳能电池中的应用…………………………………… １６１
７．２　量子点聚合物太阳能电池结构设计………………………………… １６２
７．２．１　传统结构电池的特点…………………………………………… １６２
７．２．２　反向结构电池的特点…………………………………………… １６３
７．２．３　太阳能电池的结构构建与制备…………………………………… １６４
７．３　CdSe纳米晶聚合物复合太阳能电池的制备……………………… １６５
７．３．１　纳米晶聚合物电池中各能级的标定……………………………… １６６
７．３．２　活性层厚度的优化……………………………………………… １７０
７．３．３　热处理工艺的优化……………………………………………… １７１
７．３．４　CdSe纳米晶对光电性能的影响………………………………… １７３
７．３．５　电池的稳定性…………………………………………………… １７６
７．４　FeS2纳米晶聚合物复合太阳能电池的制备……………………… １７６
７．４．１　水热法制备FeS2黄铁矿纳米晶………………………………… １７８
７．４．２　烧瓶溶剂热法制备FeS2黄铁矿纳米晶…………………………… １８０
７．４．３　FeS2纳米晶聚合物太阳能电池性能……………………………… １８２
７．４．４　FeS2纳米晶LUMO与HOMO值的测试………………………… １８３
７．４．５　FeS2纳米晶聚合物太阳能电池的能级结构……………………… １８４
７．４．６　电池的稳定性…………………………………………………… １８６
７．４．７　光强变化对电池性能的影响……………………………………… １８９
第8章 量子点在结构健康监测中的应用…………………………………… １９４
８．１　结构健康监测的概述………………………………………………… １９４
８．１．１　背景…………………………………………………………… １９４
８．１．２　裂纹检测方法…………………………………………………… １９５
８．１．３　应力应变检测方法……………………………………………… １９７
８．１．４　量子点受力导致性能变化的研究………………………………… １９９
８．２　量子点的微裂纹监测………………………………………………… ２００
８．２．１　实验试样的制备工艺…………………………………………… ２００
８．２．２　荧光信号产生及裂纹宽度监测范围……………………………… ２０２
８．２．３　裂尖形成步骤…………………………………………………… ２０７
８．２．４　环氧树脂膜裂纹与金属裂纹的同步性考察……………………… ２０８
８．２．５　原位拉伸下微裂纹实时监测……………………………………… ２１０
８．２．６　量子点环氧树脂膜荧光响应机理讨论…………………………… ２１２
８．３　量子点的应力应变监测……………………………………………… ２１３
８．３．１　实验试样的制备工艺…………………………………………… ２１３
８．３．２　量子点环氧树脂拉伸及压缩过程中的应力应变响应……………… ２１４
８．３．３　量子点环氧树脂监测金属应力应变……………………………… ２１８
８．３．４　荧光强度应力应变关系机理分析……………………………… ２２２
８．４　量子点环氧树脂的荧光性能影响因素研究……………………… ２２８
８．４．１　温度对荧光稳定性的影响……………………………………… ２２８
８．４．２　量子点浓度对荧光稳定性的影响………………………………… ２２９
８．４．３　激发光强对荧光稳定性的影响…………………………………… ２２９
８．４．４　激发时长对荧光稳定性的影响…………………………………… ２３０
８．４．５　重复激发对荧光稳定性的影响…………………………………… ２３１
８．４．６　量子点荧光性能变化的机理研究………………………………… ２３２
第9章 微反应技术在医疗卫生领域的应用………………………………… ２３７
９．１　生命科学领域………………………………………………………… ２３７
９．１．１　临床分析……………………………………………………… ２３８
９．１．２　免疫分析……………………………………………………… ２３８
９．１．３　法医鉴定……………………………………………………… ２３９
９．１．４　单细胞分析……………………………………………………… ２４０
９．１．５　组织器官芯片………………………………………………… ２４１
９．２　公共卫生领域………………………………………………………… ２４４
９．３　医药领域……………………………………………………………… ２４５
９．４　农业领域……………………………………………………………… ２４６
９．５　总结…………………………………………………………………… ２４７