微/纳机电系统的发展、爆炸/冲击等极端压力环境下的压力探测对压力传感器提出新的要求：空间分辨率达到μm或nm量级、可探测的压力达到MPa或GPa量级、可应用于复杂的温度/压力环境、非接触式等等。然而，目前常用的压力传感器难以同时满足上述需求。量子点作为纳米尺度的光致发光材料，因其独特的能级结构和压力相关的发光特性，有望成为一种新型的纳米尺度压力传感材料。目前关于量子点在压力作用下的发光响应开展了初步研究，但是对于更复杂、更接近压力传感器实际应用工况的研究甚少，如温度变化、反复加-卸载等条件。同时，量子点尺寸、结构、材料对其受压发光特性的影响缺乏系统对比和分析。更重要的是，量子点发光特性随压力变化的微观机理研究也有待丰富。本论文通过设计搭建实验平台，针对不同尺寸、不同结构的CdTe、CuInS₂以及核-壳型CuInS₂/ZnS量子点，开展了不同温度、压力以及反复加-卸载等复杂实验条件下的发光特性研究，以量子点发光强度和光谱峰值能量两个主要荧光特征为指标揭示了不同量子点在不同实验条件下的发光响应规律。进一步，采用第一性原理计算研究了不同尺寸量子点的能隙在不同应变模式下的变化规律，从微观角度探究了光谱峰值能量随压力变化的机理。具体研究工作包括以下几方面：

1. 设计并搭建量子点在高温高压条件下的发光响应同步探测实验研究平台。平台包括荧光激发和探测单元、压力加载单元和温度控制单元。可实现针对量子点开展最高压力约为12 GPa、最高温度约为250 ℃的高温高压发光响应实验研究。该平台具有体积小、操作便捷等优势。另外，对实验平台中各单元参数的选择和注意事项等进行了系统测试和总结，这不仅便于本文实验工作的展开，也为进一步研发基于量子点的压力探测装置提供了参考。
2. 系统研究了几种典型量子点的发光响应，确定了量子点作为压力传感材料在接近实际应用工况条件下的响应规律和稳定性。针对不同尺寸和结构的CdTe、CuInS₂以及核-壳型CuInS₂/ZnS量子点，在不同压力范围、加-卸载次数、温度/压力条件下的发光响应开展了实验研究，主要内容包括： (ⅰ) 确定了不同量子点在压力载荷下的发光特性变化规律。实验结果表明，光谱峰值能量随着压力的增大而单调增加，其中CdTe和CuInS₂/ZnS量子点表现为二次函数关系，CuInS₂量子点表现出双线性函数关系，该函数关系可作为压力探测依据。然而，发光强度随压力的增大表现出先增强后衰减的非单调变化，最后甚至消失，这会影响量子点的压力探测范围。(ⅱ) 首次开展了量子点的反复加-卸载实验研究。结果显示，对于实验中的三种样品，仅有尺寸为1.5 nm的CuInS₂量子点的光谱峰值能量表现出加载历程依赖性，因而不便用于反复加-卸载循环的压力探测。其次，发光强度随着加-卸载循环次数的增加持续衰减，这将导致在多次加-卸载应用工况条件下，量子点所能探测的最大压力随着加-卸载次数的增多而降低。(ⅲ) 系统研究了温度对量子点发光-压力关系的影响。结果表明，光谱峰值能量随温度的升高持续减小，而发光强度随温度的升高表现为先增强后衰减的非单调变化。温度冷却后，由于高温诱导量子点微结构的不可逆变化，导致发光强度和光谱峰值能量均无法恢复。对于CdTe和CuInS₂/ZnS量子点，其光谱峰值能量-压力函数的系数在不同温度下表现出较好的一致性；而对于自发生长速率较高的CuInS_­2量子点，光谱峰值能量-压力函数的系数表现出较大的差异。这些研究成果可为量子点作为压力传感材料在接近实际工况下的应用提供参考和指导。
3. 系统研究了核/壳型量子点的发光响应特性，探明了含壳量子点作为压力传感材料的优势。针对无壳型CuInS₂和核-壳型CuInS₂/ZnS量子点实验研究了在不同温度、压力和反复加-卸载条件下的发光响应规律。结果表明，壳结构对核结构能起到有效的钝化和保护作用，使量子点的发光特性得到多方面的改善：发光强度得到有效增强，光谱峰值能量与压力的函数关系简单化，发光特性在高温/高压条件下更加稳定。因此，含壳量子点作为压力传感材料更有优势。
4. 开展第一性原理计算，阐明应变状态和尺寸对量子点能隙影响的微观机理。采用第一性原理计算，研究了不同尺寸CdTe量子点的能隙在静水压、冲击压和单轴压缩加载模式下对应变状态的依赖关系。结果表明，对于静水压和冲击压，能隙变化随应变的增大而增大，但静水压下能隙变化随应变的变化斜率更大；而对于单轴压缩，能隙变化随应变的增大主要表现为减小的趋势。对于尺寸依赖性，静水压基本不影响能隙变化-应变关系，但对于冲击压和单轴压缩，量子点尺寸越大，能隙变化越大。能隙变化随应变/尺寸的依赖性的直接原因取决于最低未占据分子轨道能量和最高占据分子轨道能量随应变的变形势之间的竞争关系及相对差异，基本原因是由于三种应变模式具有的不同应变三轴度导致成键态和反键态电子云随应变/尺寸的响应不同。

本论文的研究成果有助于理解复杂加载条件下不同量子点的发光响应以及微观机理，对基于量子点发光的压力传感材料的研究提供了新思路，并为新型纳米尺度压力传感器的设计和应用提供了参考和指导。