稀土摻雜氧化鋅發(fā)白光材料的制備和光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、在現(xiàn)代光電技術(shù)中,稀土離子作為光學(xué)活性中心在固體發(fā)光材料中扮演著重要角色。這是因?yàn)樗鼈兡馨l(fā)射尖銳熒光,譜線豐富,幾乎可以覆蓋從可見(jiàn)光到紫外光整個(gè)光譜區(qū)域。它們作為雜質(zhì)摻入晶體后對(duì)晶體材料的微觀結(jié)構(gòu)、電性質(zhì)、光磁性質(zhì)等有著極其重要的影響,因而近年來(lái)稀土離子摻雜的半導(dǎo)體納米晶的制備和光物理性質(zhì)的研究受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。作為新型的光電材料,ZnO室溫下禁帶寬度為3.37ev,具有高的激子結(jié)合能(60meV),遠(yuǎn)大于GaN(25meV)的激子

2、結(jié)合能,在紫外區(qū)有強(qiáng)吸收,可以作為摻雜稀土的熒光材料的基質(zhì)。這種發(fā)光材料可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管,應(yīng)用于高分辨發(fā)射平板顯示器,固態(tài)照明,生物標(biāo)簽等領(lǐng)域。
　　 本文制備了ZnO:Eu3+、ZnO:Eu3+／Tb3+和ZnO:Eu3+／Dy3+三個(gè)體系,并研究了其結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能,探討了發(fā)光過(guò)程中稀土與基質(zhì)之間的能量傳遞機(jī)制和稀土之間能量傳遞動(dòng)力學(xué)。主要內(nèi)容如下:
　　 一、采用共沉淀法制備了摻Eu3+的ZnO納米晶,X

3、射線衍射(XRD)表明氧化銪已經(jīng)進(jìn)入氧化鋅晶格中。掃描電子顯微鏡(SEM)說(shuō)明了Eu3+摻入使ZnO晶粒變小。透射電子顯微鏡(TEM)表明了大部分Eu3+處于ZnO晶格中。光電子能譜(XPS)結(jié)果也表明大部分Eu3+已經(jīng)摻入ZnO晶格中,鈉離子做為Eu3+摻入ZnO晶格時(shí)起著電荷補(bǔ)償作用。拉曼光譜證明了在摻雜過(guò)程中Eu3+離子取代Zn2+是主要的。觀察到從ZnO到Eu3+有效能量傳遞,樣品在紫外(UV)或近UV外光激發(fā)下發(fā)出尖銳強(qiáng)紅光,

4、而缺陷發(fā)光很弱。該材料具有高色純度、高穩(wěn)定性和高發(fā)光效率新照明材料可能性,它在先進(jìn)顯示器和LED背光光源方面具有潛在應(yīng)用前景。
　　 二、采用共沉淀法制備了共摻銪(Eu3+)和鋱(Tb3+)離子的ZnO納米晶,由于Eu3+／Tb3+有效摻入ZnO晶格,在紫外光和近紫外光激發(fā)下,觀察到強(qiáng)的紅綠光,表明了樣品存在從ZnO到Eu3+／Tb3+有效的能量傳遞。通過(guò)分析熒光光譜和熒光衰減曲線,首次報(bào)道了在ZnO:Eu3+／Tb3+中觀察到

5、從Tb3+到Eu3+能量傳遞。在低溫下,發(fā)現(xiàn)紅光強(qiáng)度相當(dāng)強(qiáng),而綠光相當(dāng)弱,說(shuō)明了存在從Tb3+到Eu3+共振非輻射能量傳遞。計(jì)算在385nm波長(zhǎng)激發(fā)下發(fā)射光譜的色度坐標(biāo),所有樣品色度坐標(biāo)都在白光區(qū)域附近。該結(jié)果表明我們制備的ZnO:Eu3+／Tb3+是非常有前途的光轉(zhuǎn)換材料,在先進(jìn)顯示器和白光LED照明方面也有潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　 三、采用共沉淀法制備了共摻銪(Eu3+)和鏑(Dy3+)離子的ZnO納米晶,由于Eu3+／Dy3+

6、有效摻入ZnO晶格,在紫外光和近紫外光激發(fā)下,觀察到強(qiáng)的紅、藍(lán)和黃光,表明了樣品存在從ZnO到Eu3+／Dy3+有效的能量傳遞。通過(guò)分析熒光光譜和熒光衰減曲線,首次報(bào)道了在ZnO:Eu3+／Dy3+中觀察到從Eu3+到Dy3+能量傳遞。通過(guò)計(jì)算電偶極躍遷與磁偶極躍遷發(fā)射強(qiáng)度比,發(fā)現(xiàn)Eu3+不對(duì)稱(chēng)比值比Dy3+高,Eu3+電偶躍遷對(duì)它所處格位周?chē)h(huán)境對(duì)稱(chēng)性更加敏感。計(jì)算在320nm波長(zhǎng)激發(fā)下發(fā)射光譜的色度坐標(biāo),所有樣品色度坐標(biāo)非?？拷诎?/p>