陽離子摻雜型水溶性ZnS量子點的制備及其應用研究.pdf

1、近年來,半導體量子點發(fā)光材料,特別是Ⅴ-Ⅵ族寬禁帶半導體量子點發(fā)光材料,以其激發(fā)光譜寬,發(fā)射光譜窄和光化學穩(wěn)定性好等優(yōu)異的光學性質(zhì),在生物醫(yī)學、環(huán)境監(jiān)測和熒光防偽等領域顯示出巨大的應用潛力。陽離子摻雜ZnS量子點作為寬禁帶發(fā)光材料,摻雜元素的引入對其微觀結構和發(fā)光性能產(chǎn)生重要的影響,因此對摻雜ZnS量子點的調(diào)控合成,并深入研究不同摻雜離子對其微觀結構和發(fā)光性能的影響,具有重要的理論和實際意義。本文采用共沉淀法,以ZnS基質(zhì)為研究對象,重

2、點探討了陽離子(Mn2+、Co2+)摻雜ZnS量子點的微觀結構、發(fā)光性能和形成機理,并對其在熒光防偽油墨中進行了探索性的應用,具體主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用共沉淀法,利用3-巰基丙酸(MPA)作為表面修飾劑,制備了水溶性ZnS量子點,結果表明:水溶性ZnS量子點為立方閃鋅礦結構,形貌呈不規(guī)則球形,顆粒較均勻,粒徑主要集中在4.8nm左右;在280nm激發(fā)下,ZnS量子點出現(xiàn)兩個發(fā)射波峰,分別可歸屬于ZnS表面態(tài)缺陷發(fā)射和帶邊發(fā)

3、射,在320nm激發(fā)下,ZnS為單峰發(fā)射,發(fā)黃色熒光,且發(fā)光強度明顯增強。同時,本文分別探討了不同S/Zn、MPA/Zn比例對水溶性ZnS量子點發(fā)光性能的影響,發(fā)現(xiàn)在Zn/S=3:1、MPA/Zn=4:1時,水溶性ZnS量子點的發(fā)光性能最佳,且對其發(fā)光機理和形成機理進行了研究。
　　(2)采用共沉淀法,利用3-巰基丙酸(MPA)作為表面修飾劑,制備了Mn2+摻雜水溶性ZnS量子點,結果表明:微量的Mn2+摻雜在ZnS的(111)晶

4、面出現(xiàn)一個雜峰,但對ZnS的物相沒有產(chǎn)生影響,所得Mn2+摻雜水溶性ZnS量子點仍為立方閃鋅礦結構,其粒徑比純ZnS量子點略有增大,主要集中在9.7nm左右;在320nm激發(fā)下,Mn2+摻雜ZnS量子點出現(xiàn)兩個發(fā)射波峰,分別位于587nm和637nm處,其中587nm處的發(fā)射波峰為ZnS表面態(tài)缺陷發(fā)光,而637nm處的發(fā)射波峰則屬于Mn2+:4T1-6A1能級特征發(fā)光。同時,本文分別探討了不同Mn2+濃度、MPA/(Zn+Mn)比例對M

5、n2+摻雜水溶性ZnS量子點發(fā)光性能的影響,發(fā)現(xiàn)在Mn2+摻雜量為2％(摩爾分數(shù))、MPA/(Zn+Mn)=4.0時,Mn2+摻雜水溶性ZnS量子點的發(fā)光性能最佳,且對其發(fā)光機理和形成機理進行了研究。
　　(3)采用共沉淀法,利用3-巰基丙酸(MPA)作為表面修飾劑,制備了Co2+摻雜水溶性ZnS量子點,結果表明:Co2+是以替代Zn2+的方式進入ZnS晶格內(nèi)部,微量的Co2+摻雜并未對ZnS的物相產(chǎn)生影響,所得Co2+摻雜水溶性

6、ZnS量子點仍為立方閃鋅礦結構,其顆粒較均勻,粒徑主要集中在5.2nm左右;在320nm激發(fā)下,Co2+摻雜ZnS量子點為單峰發(fā)射,可歸屬于雜質(zhì)能級(Co2+:4A1—4T1)與缺陷的復合發(fā)光,其發(fā)射波峰位于728nm處,發(fā)紅色熒光,且發(fā)光強度明顯增大。同時,本文分別探討了不同Co2+濃度、MPA/(Zn+Co)比例對Co2+摻雜水溶性ZnS量子點發(fā)光性能的影響,發(fā)現(xiàn)在Co2+摻雜量為4%(摩爾分數(shù))、MPA/(Zn+Co)=5.0時,

7、Co2+摻雜水溶性ZnS量子點的發(fā)光性能最佳,且對其發(fā)光機理和形成機理進行了研究。
　　(4)采用Mn2+摻雜ZnS量子點為熒光劑,分別利用鈦白粉、水性丙烯酸樹脂及丙烯酸乳液為顏料和連接料,通過大量正交實驗,確定了一種水性熒光防偽油墨配方,結果表明:該熒光防偽油墨的細度主要中在15μm左右,細度分布較均勻,具有良好的流動性和著色性能,其粘度在20Pa.s~30Pa.s之間,可以滿足水性油墨柔版印刷的要求;在320nm激發(fā)下,該油墨