納米材料的光熱轉(zhuǎn)換是在吸收某種波段的光后，通過等離子體場(chǎng)或者能量躍遷而將能量傳送給晶格，從而產(chǎn)生的熱，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度的升高。表面等離激元在光伏電池、超高分辨、以及光熱治療等方面已經(jīng)被應(yīng)用。但通常都是在半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)表面包裝一層貴金屬材料，如金或銀等，通過金或銀的薄層產(chǎn)生局域表面等離激元和增強(qiáng)的局域場(chǎng)，從而極大地增強(qiáng)光吸收及其相關(guān)的光熱效應(yīng)。這類結(jié)構(gòu)中光熱轉(zhuǎn)換效率通常大約為20%左右。
圖1 CdSe/Bi2Se3 核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的陽離子交換合成及能帶結(jié)構(gòu)。
最近，超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后賈國(guó)治和常凱研究員等人巧妙地通過超聲波輔助陽離子交換反應(yīng)合成 CdSe/ Bi2Se3 核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)形貌和尺寸的控制。陽離子交換反應(yīng)是一種快捷的、容易制備納米材料的方法，通過該方法可以得到所需結(jié)構(gòu)和尺寸的納米顆粒。由于大部分半導(dǎo)體是由離子鍵構(gòu)成，陰離子構(gòu)成的晶格結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，因此陽離子之間的交換不會(huì)改變晶格結(jié)構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)在量子點(diǎn)成熟的制備技術(shù)，制備出了高質(zhì)量不同層厚的 Bi2Se3 為殼層的復(fù)合結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)(如圖1)，并系統(tǒng)研究了其光熱轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到目前最好水平（近30%），具有很好的光熱穩(wěn)定性（如圖2），并解釋了其光熱轉(zhuǎn)換的微觀機(jī)制。
圖2 CdSe/Bi2Se3 核殼結(jié)構(gòu)量子點(diǎn)的光熱轉(zhuǎn)換及光熱穩(wěn)定性。
該發(fā)現(xiàn)為制備具有層狀生長(zhǎng)習(xí)性的Bi2Se3量子點(diǎn)材料提供了一個(gè)新的思路，為進(jìn)一步研究拓?fù)浣^緣體納米材料物性打下了基礎(chǔ)，該方法可以拓展到其他材料體系的制備。該工作得到了科技部量子調(diào)控項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。研究成果發(fā)表在《Nano Research》上，相關(guān)工作全文鏈接如下：
http://link.springer.com/article/10.1007/s12274-014-0629-2
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