（材料物理与化学专业论文）半导体纳米发光材料在潜指纹显现和提取中的应用研究.pdf

究所取得的成 果。论文中，凡引用他人已经发表的成果、观点等，均已明确注明出处。任何收 存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本论文作者同意，不得将本论文转 借他人，亦不得随意抄录、复制、拍照或任何方式传播。否则，引起有碍作者著 作权的问题，将可能承担法律责任。 学位论文作者签名： 日期： 一 至x 0 刁 jl j 指导教师签名： 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古 大学有权将学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论 文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存、汇编学位论文。为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间 取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后使用涉及在学期间主要研究内容或研 究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用于发表论文，版权单位必 须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名： 日期： 指导教师签名：逍 $ 垂； j l 曲孝孝大擎硕士研究生毕业论文摘要 半导体纳米发光材料在潜指纹显现和提取中的应用研究 摘要 指纹是指人的手指触摸物体时由于汗垢和油脂与物体表面的相互作用，在 物体表面上留下反映手指皮肤乳突线花纹的印痕。刑事侦查中现场指纹是最有 价值的物证之一。指纹鉴定是进行个人识别的最可靠方法之一，在侦查破案中 起着举足轻重的作用。传统的潜在指纹显现和提取技术面临一些难题：一方面， 由于客体的复杂性和潜在指纹遗留的时效性，指纹显现和提取急需高效、高灵 敏度和显现度的提取物质及相关有效检测手段；另一方面，利用粉末刷显法进 行指纹显现和提取时，常常需要使用具有一定毒副作用的显现和提取试剂，这 对刑侦技术人员的身体健康具有极大的损害。鉴于上述情况，近年来科研人员 开始将纳米技术同光致发光法等传统指纹显现方法相结合，寻找基于纳米技术 的高效、无损、廉价和无毒副作用的潜指纹显现和提取试剂及技术。 半导体纳米发光材料尤其是i i 半导体量子点是一种有别于传统荧光材料 的新型发光材料。由于其显著的量子限域效应，半导体量子点发光具有发光强、 效率高、颜色可调变等诸多特性，在光电、信息及生物医学等领域具有重要应 用，其在刑事科学中的应用研究也引起了人们极大的兴趣。本文基于新型纳米 合成技术，针对潜指纹独特的荷电和吸附特性，制备了表面荷正电性的半导体 c d t e c o o n h 3 n h 3 + 量子点纳米荧光试剂、半导体c d t e m m t ( 蒙脱土) 纳米复 合荧光材料、核壳型半导体c d t e s i 0 2 量子点纳米荧光材料，并系统探索了该 类新型、高效纳米荧光材料在潜指纹的显现和提取中的应用。 本文第一章为绪论，主要介绍了潜指纹特性、常规显现和提取方法以及不 t 章蓦孔j l 幽享。大擎硕十研究生毕业论文摘要 同客体表面遗留指纹的特点，同时还综述了半导体量子点的概念、制备和荧光 特性等内容，并对半导体量子点在潜指纹显现和提取领域的应用的发展方向进 行了述评，提出本论文选题依据、研究思路与研究内容。 本文第二章针对潜指纹特殊的荷电特性，利用表面改性技术，设计合成了 一种表面由巯基乙酸水合肼修饰、具有正电性的新型、高效指纹显现和提取用 半导体c d t e c o o n i - 1 3 n h 3 + 量子点纳米荧光试剂。通过紫外可见光谱、荧光光谱 和红外光谱等分析手段，研究了制备条件对半导体c d t e c o o n h 3 n i - 1 3 + 量子点纳 米荧光试剂的表面特性和荧光性质等的影响，系统研究了半导体 c d t e c o o n h 3 n h 3 + 量子点纳米荧光试剂对多种不同客体上遗留的潜指纹的显 现和提取作用。研究结果表明，由于潜指纹在一定显现条件下带有负电性，使 用荷正电的半导体c d t e c o o n h 3 n h 3 + 量子点纳米荧光试剂将更有利于潜指纹 的显现和提取，对于潜指纹精细构造具有更佳的显现效果。 本文第三章通过独特原位离子交换辅以低温溶液合成方法，制备了半导体 c d t e m m t 纳米复合荧光材料，利用x 射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子 显微镜、荧光光谱和比表面分析等手段对半导体c d t e m m t 纳米复合荧光材料 进行了系统表征。研究结果表明，在半导体c d t e m m t 纳米复合荧光材料中， 半导体c d t e 量子点存在于蒙脱土层间和表面。由于m m t 基质的存在，半导体 c d t e 量子点非常稳定，吸附性能强，可作为一种纳米荧光粉用于潜指纹的显现 和提取。相对比传统市售指纹显现和提取用荧光粉，半导体c d t e m m t 纳米复 合荧光材料具有更优的显现和提取效果。同时，还首次发现半导体c d t e m m t 纳米复合荧光材料在紫外光连续照射下，荧光会发生红移的现象，并对该荧光 红移现象进行了解释，提出了荧光红移的机理。 i i $ 蓦j t 。l 曲孝乏太擎硕士研究生毕业论文摘要 本文第四章以n h 3 h 2 0 和n h 2 n h 2 h 2 0 作为还原剂，利用正硅酸乙酯水解， 通过控制反应条件，制备了核壳型半导体c d t e s i 0 2 纳米荧光材料。通过x 一 射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、荧光光谱和红外光谱等分析手 段对比研究了采用两种还原剂所制备的半导体c d t e s i 0 2 量子点纳米荧光材料 的结构和发光特性。研究结果表明，使用n h 2 n h 2 h 2 0 作为还原剂制备的半导 体c d y e s i 0 2 量子点纳米荧光材料较使用n h 3 h 2 0 作为还原剂制备的半导体 c d t e s i 0 2 量子点纳米荧光材料荧光特性更优，制备方法易于规模化，在潜指 纹显现和提取应用中更具有使用优势。 综上所述，本文所合成半导体c d t e c o o n h 3 n h 3 + 量子点纳米荧光试剂、半 导体c d t e m m t 纳米复合荧光材料和核壳型半导体c d t e s i 0 2 量子点纳米荧光 材料具有稳定性好、荧光效率高、显现和提取时效率高、灵敏度好、背景干扰 小、制备工艺简单、适用客体范围广等特点，可鉴别多种非渗透性以及渗透性 客体表面的指纹，因此有望取代现在刑事科学中使用的部分传统指纹显现和提 取荧光试剂。 关键词：半导体c d t e 量子点，蒙脱土，纳米荧光材料，指纹显现 i i i $ 垂、j l 曲参孝大擎硕士研究生毕业论文 a b s t r a c t f l u o r e s e n ts e m i c o ndu c t o rq u a n t u md o t sf o r l a t e n tf i n g e r p r i n td e t e c t i o n a b s t r a c t f i n g e r p r i n ti sa ni m p r i n tt h a ti sl e f to nt h es u r f a c et or e f l e c tt h ep a t t e mo ff i n g e r p r i n t ss k i nm a s t o i dl i n ed u e t ot h ei n t e r a c t i o ns w e a ta n do i lo f f i n g e r p r i n tw i t ho b j e c t s s u r f a c e sw h e nap e r s o n sf i n g e r st o u c ht h eo b j e c t s f i n g e r p r i n ti so n eo ft h em o s t v a l u a b l ee v i d e n c ei nc r i m i n a l i n v e s t i g a t i o n f i e l d t h e f i n g e r p r i n t f o r p e r s o n a l i d e n t i f i c a t i o ni so n eo ft h em o s tr e l i a b l em e t h o d sa n dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei n d e t e c t i o no fc a s e s h o w e v e r , i ns p e c i f i cc r i m i n a lc a s e s ，t h er e m a i n i n gp o t e n t i a l f i n g e r p r i n t sc a nn o to f t e nb eo b s e r v e dw i t ht h en a k e de y e a tp r e s e n t ，t h et r a d i t i o n a l d e t e c t i o nt e c h n i q u e sf o rp o t e n t i a lf i n g e r p r i n t sh a v es o m em a jo rp r o b l e m st h a tn e e dt o b es o l v e d d u et ot h ec o m p l e x i t yo ft h eo b je c ta n dt h et i m ee f f e c t i v e e s so fl a t e n t f i n g e r p r i n t sb e i n gl e f t ，r e a g e n t s t h a th a v e h i g he f f i c i e n c y a n ds e n s i t i v i t yf o r f i n g e r p r i n t sd e t e c t i o na n dr e l a t e de f f e c t i v ed e t e c t i n gt e c h n o l o g ya r eh i 曲l yn e e d e d o nt h eo t h e rh a n d ，t h ec u r r e n tp o w d e r sb r u s hm e t h o df o rf i n g e r p r i n td e t e c t i o no f t e n n e e d sr e g e n t sh a v i n gc e r t a i nt o x i c i t y , w h i c hi sg r e a th a r m f u lf o ri n v e s t i g a t o r sa n d t e c h n i c a l p e r s o n n e l i n r e c e n t y e a r s ，r e s e a r c h e r s h a v e b e g u n t oc o m b i n e n a n o t e c h n o l o g yw i t hp h o t o l u m i n e s c e n c ea n dt r a d i t i o n a lf i n g e p r i n td e t e c t i o nm e t h o d t of i n dt h ee f f e c t i v e ，n o n d e s t r u c t i v e ，c h e a pa n dn o n t o x i cs i d ee f f e c t sf i n g e r p r i n t s d e t e c t i o nm e t h o d s f l u o r e s c e n ts e m i c o n d u c t o rn a n o m a t e r i a l s ，e s p e c i a l l yi i v ic d t eq u a n t u md o t s ( q d s ) ， a r ean e wt y p eo ff l u o r e s c e n tm a t e r i a l st h a ta r ed i f f e r e n tf r o mt h ec o n v e n t i o n a l i v 委菱t j l 凶孝2 夫擎硕士研究生毕业论文 a b s t r a c t f l u o r e s c e n tm a t e r i a l s b e c a u s eo ft h e i rs i g n i f i c a n tq u a n t u mc o n f i n e m e n te f f e c t s ， s e m i c o n d u c t o rq d sh a sh i g hl u m i n o u si n t e n s i t ya n de f f i c i e n c y , t u n a b l ee m i s s i o n c o l o r , a n dm a n yo t h e rf e a t u r e s ；t h u s ，i tc a nb eu s e di nm a n yi m p o r t a n tf i e l d s ，s u c ha s o p t o e l e c t r o n i c s ，i n f o r m a t i o na n db i o m e d i c a le t c a tt h es a m et i m e ，t h e i ra p p l i c a t i o n i nc r i m i n a ls c i e n c eh a sa l s oa r o u s e dg r e a ti n t e r e s t i nt h i sp a p e r , h i g h l ye f f i c i e n t s e m i c o n d u c t o rc d t e c o o n h 3 n h 3 + q d sa q u o u ss o l u t i o n ，c d t e - m o n t m o r i l l o n i t e ( c d t e m m t ) n a n o c o m p o s i t e sa n dc o r e s h e l l s t r u c t u r e dc d t e ! s i 0 2q d sw e r e s y n t h e s i z e db a s e do n t h en e w l yd e v e l o p e dn a n o t e c h n o l o g y , a n dt h e i ru s ef o r e n h a n c e df i n g e r p r i n td e t e c t i o nw a ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d i nt h ef i r s tc h a p t e r ，t h ec h a r a c t e r i s t i co ft h el a t e n tf i n g e r p r i n ta n dt h e i re f f e c t i v e d e t e c t i o n0 1 1v a r i o u so b je c ts u r f a c e sw e r ei n i t i a n l l yi n t r o d u c e d t h ec o n c e p t ， p r e p a r a t i o na n dp h o t o l u m i n e s c e n c eo fs e m i c o n d u c t o rq d s w e r et h e nd e s c r i b e d ，a n d t h ea p p l i c a t i o no fs e m i c o n d u c t o rq d sf o rl a t e n tf i n g e r p r i n td e t e c t i o nw a sr e v i e w e d t h es i g n i f a n c eo fc u r r e n tr e s e a r c hw a sf i n a l l yp r o v i d e d i nt h es e c o n dc h a p t e r ，as i m p l es y n t h e t i ca p p r o a c hw a sd e v e l o p e dt oo b t a i np o s i t i v e l y c h a r g e dc d t eq d sw i t he n h a n c e df l u o r e s c e n c ea n da f f i n i t y f o ri m p r o v e m e n to f l a t e n tf i n g e r p r i n td e t e c t i o n t h r o u g ht h i ss y n t h e t i cm e t h o d ，t h ep o s i t i v e l yc h a r g e d c d t e c o o n h 3 n h 3 + q d s w e r es u c c e s s f u l l ya c h i e v e db yu s i n gh y d r a z i n eh y d r a t ea s b o t hs u r f a c es t a b i l i z e ra n dp ha d j u s t e rd u r i n gt h ep r e p a r a t i o np r o c e s s i nc o m p a r i s o n t ot h en e g a t i v e l yc h a r g e dc d t e c o o 。q d sp r e p a r e db yu s i n gs o d i u mh y d r o x i d ea s p ha d j u s t e r ，t h ec d t e c o o n h 3 n h 3 + q d ss h o w e de n h a n c e d f l u o r e s c e n c e t h e e f f e c t i v e n e s so fc d t e c o o a n dc d t e c o o n h 3 n h 3 + q d sf o rd e t e c t i o no fl a t e n t v $ 垂：! 、s t 曲孝君戈擎顽士研究生毕业论文a b s t r a c t f i n g e r p r i n t sp r e s e n to nal a r g ev a r i e t yo fs m o o t ho b j e c t sw a ss y s t e m a t i c a l l ya n d c o m p a r a t i v e l ys t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ed e t e c t i o no fl a t e n tf i n g e r p r i n t s b yu s i n gc d t e c o o n h 3 n h 3 + q d sa s f l u o r e s c e n tl a b e l i n gm a r k sw a sg r e a t l y e n h a n c e d ，a n dm o r ec h a r a c t e r i s t i cf i n g e rr i d g ed e t a i l sw a sd e t e c t e da n di d e n t i f i e dd u e t ot h e i re n h a n c e da f f i n i t yw i t hl a t e n tf i n g e r p r i n t s ，i nc o m p a r i s o nt ot h ed e t e c t i o nb y u s i n gc d t e c 0 0 。q d sa sf l u o r e s c e n tl a b e l i n gm a r k s t h ec d t e c o o n h 3 n h 3 + q d s s h o ws u p e r i o rd e t e c t i o nc a p a b i l i t yt h a nt h ec d t e - c 0 0 。q d s ，w h i c hg r e a t l yi m p r o v e s t h ea p p l i c a b i l i t yo fc d t eq d sf o rt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o ni nl a t e n tf i n g e r p r i n t d e t e c t i o n i nt h et h i r dc h a p t e r , t h ec d t e - m m tn a n o c o m p o s i t e sw e r es y n t h e s i z e d n - s i t u i n t e r c a l a t i o no fc d t eq u a n t u md o t s ( q d s ) i n t os o d i u mm m t c l a ym a t r i xv i ai o n e x c h a n g ep r o c e s sf o l l o w i n gal o wt e m p e r a t u r es o l u t i o ns y n t h e t i ca p p r o a c hf o rt h e f i r s tt i m e t h er e s u l t i n gc d t e m m tn a n o c o m p o s i t e sw e r ei n v e s t i g a t e db ym e a n so f x r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( s e m ) ，t r a n s m i s s i o ne l e c t r o n m i c r o s c o p e ( t e m ) ，f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p y ，a n db r t m a u e r - e m m e t t t e l l e ( b e t ) e t c t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tb o t hp i l l a r e dc d t ea n dc d t en a n o p a r t i c l e se x i s t e di n t h ei n t e r l a y e r sa n dt h es u r f a c eo fl a y e r so fm m t d u et ot h ec o n f i n e m e n to fc d t e q d s i nt h el a y e r e ds t r u c t u r eo fs o d i u mm m t c l a ym a t r i x ，t h er e s u l t i n gc d t e m m t n a n o c o m p o s i t e sp o s s e s s e dv e r y s t a b l ec h e m i c a lp r o p e r t i e si na i ra n d s h o w e ，d i n t e r e s t i n gt u n a b l eh i g h l y e f f i c i e n tu vr a d i a t i o n - d e p e n dp h o t o l u m i n e s c e n c e t h e o b t a i n e dc d t e m m tn a n o c o m p o s i t e so v e r c o m et h eo x i d a t i o np r o b l e mo fp u r ec d t e q dp o w d e r si na i r ，w h i c hm a yr e s u l ti nw e a k e n i n go fp h o t o l u m i n e s c e n c e d u et o v i d e t e c t i o n i nt h ef o u r t hc h a p t e r , t h ec o r e s h e l ls t r u c t u r e dc d t e s i 0 2q d sw e r es y n t h e s i z e d t h r o u g has o l u t i o n - b a s e dm e t h o db yu s i n gh y d r a z i n eh y d r a t ea ss u r f a c em o d i f i e ra n d p ha d j u s t e r ，a n dt e o s a sp r e c u r s o rf o rh y d r o l y s i s t h eo b t a i n e dc d t e s i 0 2q d s w e r e i n v e s t i g a t e db y m e a n so fx r d ，t e m ，s e m ，u v v i s a b l es p e c t r o s p o p y ， f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p ya n di rt e c h n i q u e s t h ee f f e c t so fu s i n gn h 3 。h 2 0o r n h e n h 2 i - 1 2 0a sr e d u c i n ga g e n td u r i n gt h eh y d r o l y s i so ft e o so nt h ef l u o r e s c e n t p r o p e r t i e s o fc d t e s i 0 2q d sw e r es t u d i e d i tw a sf o u n dt h a tt h ec o r e s h e l l s t r u c t u r e dc d t e ! s i 0 2q d ss y n t h e s i z e db yu s i n gn h 2 n h 2 h 2 0a sr e d u c i n ga g e n t s h o w e dh i g h e re f f i c i e n c yo ff l u o r e s c e n c e t h a nt h o s eo fs y n t h e s i z e db yu s i n g n h 3 。i - 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c o o n h 3 n h 3 + 量子点的合成3 7 2 3 1 碲氢化钠( n a h t e ) 的制备 2 8 - 3 0 3 7 2 3 2 半导体c d t e c 0 0 - 量子点的合成。3 7 2 3 3 半导体c d t e c o o n h 3 n h 3 + 量子点的合成3 7 2 4 半导体c d t e - c o o n h 3 n h 3 + 量子点的表征3 8 2 4 1p l 表征3 8 2 4 2u v v i s 表征。3 8 2 4 3f t 瓜表征。3 8 2 5 半导体c d t e c o o n h 3 n h 3 + 和c d t e c o o 。量子点荧光量子产率的测定3 9 2 6 半导体c d t e 4 ：o o n h 3 n h 3 + 量子点对潜指纹的显现和提取3 9 2 6 1 潜指纹的制备3 9 2 6 2 潜指纹的显现和提取。3 9 2 7 结果与讨论3 9 2 7 1 半导体c d t e c o o n i - 1 3 n h 3 + 量子点的制备3 9 2 7 2p l 表征结果。：。：4 l 2 7 3f t - i r 表征结果。4 7 2 7 4 荧光相对量子产率分析结果4 9 2 7 5c d t e c o o n h 3 n h 3 + 对潜指纹显现和提取结果：5l j j j 3 2 1 仪器设备6 0 3 2 2 主要试剂6 0 3 3 半导体c