ZnS-Mn-ZnS復(fù)合材料的制備及其發(fā)光性質(zhì)研究.pdf

1、半導(dǎo)體發(fā)光材料具有許多優(yōu)良并且很奇特的發(fā)光性能，作為II-VI族直接寬帶隙半導(dǎo)體，ZnS材料擁有很好的優(yōu)異性能。ZnS通過摻雜可獲得更好的發(fā)光性能。
　　材料表面大量的缺陷態(tài)會成為熒光猝滅中心，造成非輻射復(fù)合，從而導(dǎo)致材料發(fā)光效率降低。對材料表面進(jìn)行包覆改性處理可有效地降低表面態(tài)缺陷，可提高其發(fā)光效率。通過對ZnS及其摻雜發(fā)光材料的制備和光學(xué)性質(zhì)的研究，以及對其表面進(jìn)行修飾，以期增強(qiáng)材料的發(fā)光性質(zhì)，具有重要的理論和實際應(yīng)用價值。<

2、br>　　本論文首先以醋酸鋅為鋅源，硫脲為硫源，醋酸錳為錳源，采用溶劑熱法制備ZnS:Mn發(fā)光材料，利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、PL和UV-Vis等表征手段對制備的ZnS:Mn發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)、形貌以及其發(fā)光性能進(jìn)行表征。然后以硝酸鋅為鋅源，硫化鈉為硫源，采用Larmer法制備ZnS:Mn/ZnS復(fù)合發(fā)光材料，研究了不同包覆比、不同包覆層數(shù)條件下制備的ZnS:Mn/ZnS復(fù)合材料的發(fā)光效率，并對ZnS:Mn/ZnS復(fù)合發(fā)光材料

3、的發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了初步探討。具體研究內(nèi)容如下：
　　研究在不同摻Mn量、Zn:S比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間下制備ZnS:Mn發(fā)光材料，研究發(fā)現(xiàn)溶劑熱法制備出ZnS:Mn發(fā)光材料具有纖鋅礦結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度較高。衍射圖中并沒有觀察到其它物質(zhì)的衍射峰，所制備的產(chǎn)物ZnS:Mn為純相。隨著摻Mn量不斷增加，ZnS:Mn的結(jié)構(gòu)基本沒有發(fā)生改變，但衍射峰逐漸向左偏移，說明Mn2+進(jìn)入到ZnS晶格中。
　　研究發(fā)現(xiàn)不同條件下制備的ZnS:Mn均為纖

4、鋅礦結(jié)構(gòu)，但條件對制備出的發(fā)光材料的形貌有很大的影響。采用四因素和四水平正交實驗優(yōu)化確定最佳制備ZnS:Mn發(fā)光材料的條件為：Zn:S=1:2，摻Mn量為1％，220oC，14h。通過正交實驗法并結(jié)合發(fā)光性能測試對其進(jìn)行ZnS包覆。研究結(jié)果表明，包覆對ZnS:Mn結(jié)構(gòu)沒有影響，但包覆后的衍射峰均向左偏移，而且隨著包覆比的增加，偏移程度增大。隨著ZnS包覆比的增加，ZnS:Mn表面的顆粒呈現(xiàn)出逐漸變大的趨勢。不同層數(shù)的ZnS包覆對ZnS:

5、Mn近似六面體形貌也無沒有明顯的影響，隨著包覆層數(shù)的增多，ZnS:Mn表面的顆粒逐漸呈現(xiàn)出增多和增大趨勢。
　　研究不同摻Mn量、不同Zn:S比，以及不同反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度下制備的ZnS:Mn的發(fā)光性能。研究表明，在390nm～450nm發(fā)光強(qiáng)度受到ZnS中S空位，及表面缺陷態(tài)的影響；580nm～600nm處發(fā)光來自4T1-6A1的電子躍遷，同時受到ZnS中S空位，及表面缺陷態(tài)的影響。
　　對Zn:S=1:2，摻Mn=1%，

6、220oC，14h制備的ZnS:Mn/ZnS復(fù)合材料進(jìn)行不同ZnS包覆比和包覆層數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，ZnS:Mn與包覆ZnS晶格匹配較好，但ZnS:Mn表面不光滑，在晶界處晶格條紋有所錯動，可能會導(dǎo)致ZnS晶格對ZnS:Mn產(chǎn)生一定程度的拉伸作用。但隨著包覆比和包覆層數(shù)增加，包覆層厚度在增加，遠(yuǎn)離界面處的包覆層中ZnS顆粒取向出現(xiàn)隨機(jī)分布現(xiàn)象。
　　對Zn:S=1:2，摻Mn=1%，220oC，14h和Zn:S=1:2，摻Mn=6%，21

7、0oC，12h發(fā)光材料表面包覆ZnS，且ZnS與ZnS:Mn物質(zhì)的量比分別為0，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25的ZnS:Mn/ZnS復(fù)合材料研究發(fā)現(xiàn)，包覆比對材料的發(fā)光性能有顯著影響，發(fā)光強(qiáng)度開始隨著包覆比的增加逐漸增大，Zn:S=1:2，摻Mn=1%，220oC，14h樣品在包覆比為0.1時，發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大，而后隨著包覆量的增加，發(fā)光強(qiáng)度逐漸降低；而Zn:S=1:2，摻Mn=6%，210oC，12h樣品在包覆比為0

8、.05時，發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大，而后隨著包覆量的增加，發(fā)光強(qiáng)度逐漸降低后有所升高。對包覆ZnS不同的層數(shù)(每層ZnS與ZnS:Mn物質(zhì)的量比均為0.05)所制備出的ZnS:Mn/ZnS復(fù)合材料。Zn:S=1:2，摻Mn=1%，220oC，14h樣品包覆第1層時，發(fā)光強(qiáng)度比沒有包覆的有明顯增加，并達(dá)到最大值，而后隨著包覆層數(shù)的增加，材料的發(fā)光強(qiáng)度呈降低的趨勢；Zn:S=1:2，摻Mn=6%，210oC，12h樣品包覆第1層時，發(fā)光強(qiáng)度比沒有包

9、覆的有明顯增加，并達(dá)到最大值，而后隨著包覆層數(shù)的增加，材料的發(fā)光強(qiáng)度呈先降低后有所升高的趨勢。由于包覆降低表面猝滅中心，使得發(fā)光強(qiáng)度增大。在開始隨著包覆比和包覆層增大時，表面猝滅中心降低，發(fā)光強(qiáng)度逐漸增大，但隨著包覆比和包覆層的的增加，包覆層厚度變大，在包覆層中非輻射躍遷增多，進(jìn)而降低了發(fā)光強(qiáng)度。
　　不同包覆比和包覆層數(shù)所制備的ZnS:Mn/ZnS復(fù)合材料的發(fā)光性能受到多種因素的影響，與分立中心Mn2+的能級，基質(zhì) ZnS的本征