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文檔簡介
1、ZnS是一種性能優(yōu)越的II-VI族發(fā)光材料,禁帶寬度為3.66eV。屬于直接帶隙半導(dǎo)體,在熒屏顯示領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。近年來,隨著納米材料研究的深入,國內(nèi)外對ZnS納米發(fā)光材料已進(jìn)行了多方面的研究,當(dāng)ZnS中摻入稀土離子或過渡金屬離子(如摻Mn、Cu、Ag)作為激活劑時(shí),可改變基質(zhì)內(nèi)部能帶結(jié)構(gòu),形成各種不同的發(fā)光能級(jí)。然而,納米粒子比表面積很大,表面懸鍵大量存在,易在表面形成發(fā)光猝滅中心。大量實(shí)驗(yàn)表明:表面修飾可以明顯提高納米粒子發(fā)光性能
2、。在眾多的表面修飾方法中,核/殼結(jié)構(gòu)是一種十分有效的方法。本課題研究了ZnS:Cu納米發(fā)光材料的制備和發(fā)光性質(zhì),并在此基礎(chǔ)上對其表面進(jìn)行修飾,目的在于降低表面態(tài)影響,提高顆粒發(fā)光性能,本論文主要工作總結(jié)如下: 1.采用水熱法制備了Cu離子摻雜的ZnS:Cu納米粒子,利用單因素分析法研究了鋅硫比(反應(yīng)物中鋅離子、硫離子物質(zhì)量的比)、反應(yīng)時(shí)間、摻雜濃度和醋酸鋅濃度對ZnS:Cu納米粒子的影響。通過X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微
3、鏡(TEM)、熒光光譜儀對樣品的物相、形貌和發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行分析表征,結(jié)論如下: (1)水熱法得到立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的球形ZnS:Cu納米粒子,粒徑在1~6nm之間。室溫下,用350nm波長的紫外光激發(fā)ZnS:Cu納米粒子,可以得到歸屬于淺施主能級(jí)與銅t2能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生的綠色發(fā)光;隨鋅硫比的增大和反應(yīng)時(shí)間的延長,發(fā)光強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱,發(fā)射峰位隨鋅硫比和反應(yīng)時(shí)間的變化有一定移動(dòng),這是由于淺施主能級(jí)為與硫空位有關(guān)的能級(jí),鋅硫比和反應(yīng)時(shí)間對
4、硫空位的數(shù)量和能級(jí)位置有一定影響;隨銅離子摻雜濃度的增加,發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢,這歸因于銅離子的濃度猝滅;隨醋酸鋅濃度增加,粒子粒徑減小,表面缺陷增多,發(fā)光強(qiáng)度降低。 (2)當(dāng)鋅硫比為2:1,反應(yīng)時(shí)間為7h,摻雜濃度為0.5at%,醋酸銅濃度為0.156mol/L時(shí),ZnS:Cu納米粒子發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大。 2.制備了不同殼層厚度的ZnS:Cu/ZnS,ZnS:Cu/CdS,ZnS:Cu/Zn(OH)2,ZnS:
5、Cu/SiO2核殼結(jié)構(gòu)納米粒子,采用了TEM、XRD、PL、PLE等測試手段對樣品的晶形、形貌、發(fā)光等性質(zhì)進(jìn)行了表征。具體結(jié)論如下: (1)隨著ZnS殼層的增厚,ZnS:Cu/ZnS納米粒子的Cu離子發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)了先增強(qiáng)后減弱的現(xiàn)象,當(dāng)殼層厚度達(dá)到0.04時(shí)(殼與核中2n2+的物質(zhì)的量的比,下同),發(fā)光效果達(dá)到最好,其強(qiáng)度達(dá)到未包覆樣品的1.8倍; (2)在ZnS:Cu納米粒子表面包覆CdS殼層后,Cu離子發(fā)光出現(xiàn)了先增
6、強(qiáng)后降低的現(xiàn)象,當(dāng)殼層厚度達(dá)到0.01時(shí),發(fā)光效果達(dá)到最好,其強(qiáng)度達(dá)到未包覆樣品的1.4倍,殼層CdS為閃鋅礦結(jié)構(gòu): (3)隨著Zn(OH)2殼層的增厚,ZnS:Cu/Zn(OH)2納米粒子的Cu離子發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)了先增強(qiáng)后減弱的現(xiàn)象,當(dāng)殼層厚度達(dá)到0.08時(shí),發(fā)光效果達(dá)到最好,其強(qiáng)度幾乎達(dá)到未包覆樣品的4.5倍,Zn(OH)2以無定形物質(zhì)形式存在; (4)隨著SiO2殼層的增厚,ZnS:Cu/SiO2的Cu離子發(fā)光強(qiáng)度出
7、現(xiàn)了先增強(qiáng)后減弱的現(xiàn)象,當(dāng)殼層厚度達(dá)到7.5時(shí),發(fā)光效果達(dá)到最好,其強(qiáng)度達(dá)到未包覆樣品的6倍,SiO2對ZnS:Cu納米粒子的表面修飾效果要明顯優(yōu)于ZnS,CdS,Zn(OH)2對ZnS:Cu納米粒子的表面修飾效果,SiO2以無定形物質(zhì)形式存在。 在對ZnS:Cu納米粒子進(jìn)行表面無機(jī)包覆的過程中,由于殼層具有表面修飾、降低發(fā)光中心濃度及本身缺陷增加無輻射躍遷幾率三方面作用,銅離子的發(fā)光強(qiáng)度都會(huì)出現(xiàn)先增強(qiáng)后降低的變化趨勢。只有當(dāng)包
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