陶瓷基体弥散纳米ge光致发光材料的制备、结构与性能

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1、武汉理工大学硕士学位论文中文摘要近年来，纳米0c镶嵌绝缘介质基体由于在光电子及量子器件等领域表现出优异的光学特性和广阔的应用前景，引起了人们的重视。然而，到目前为止，对于Ge纳米粒子镶嵌的绝缘介质基体研究主要集中在非晶Si02基体，而在陶瓷基体中制备Ge纳米粒子的研究未见报道。事实上，陶瓷材料具有优异机械性能以及耐高温、抗氧化、耐磨损等优良特性，可以为弥散在其中的Ge纳米粒子提供稳定的环境和保障，有望拓展该类材料的应用前景。本文以硝酸铝、正硅酸乙酯(’rEOs)和3．三氯锗丙酸为原料采用湿化学法结合热处理制备了A14+2√Gc2出0lO-x(O．259【郢．

2、40)陶瓷粉体和砧12(si4-xGe，)026(O<坯1)固溶体陶瓷粉体，并利用TG-DSC、FT-IR、XRD等研究了其形成过程。采用还原技术对制备的A16Ge2013、AIl2Si3．75Ge025026粉体进行还原，还原产物在室温下观察到可见光区的光致发光现象。研究表明：发光强度依赖于还原工艺，AI．Ge．O体系和砧．Si．G-e-O体系中最佳还原工艺分别为550℃和500℃，时间均为3h；发光峰位并不随着体系或还原工艺的不同而发生明显变化，几乎都在564，611，681，730和774nm。未还原的A16Ge2013、All2Si3．75Geo．2

3、5026粉体在相同条件下几乎均不发光。在两个体系发光最强的样品中，Ge粒子均以结晶程度较差的纳米团簇形式存在，平均尺寸分别为1．98nm和1．95rim。对上述两个体系中一次还原发光最强的样品在较低的温度下进行二次还原，利用PL、Raman、HRTEM等测试手段对二次还原样品的结构和性能进行了表征。相比于一次还原发光最强的样品，二次还原得到的样品发光强度显著增加，并在400℃还原时达到极大值。此时在AI．Ge．O体系和A1．Si．Ge．O体系中，Ge纳米粒子平均尺寸略有增大，分别为2．45nm和2．22rim。发光机理研究表明，发光是受量子限域效应、介电限域

4、效应、声子限域效应、Ge粒子的形态等因素共同作用而产生。主要的发光过程为电子(或空穴)弛豫到表面态上，然后与体内的空穴(或电子)复合，发射光子。而平均尺寸约为2rim的Ge粒子正是发光的起源。关键词：陶瓷基体，Ge纳米粒子，光致发光，还原，发光机理武汉理工大学硕士学位论文AbstractNano-sizedGeembeddedindielectricmatrixhasreceivedconsidetableattentioninrecentyearsduetobothexcellentopticalcharacteristicsandwideapplicat

5、ioninoptoelectronicandquantumdevice．However,mostinvestigationswereonlyconcernedwiththeOenanoparticlesembeddedinSi02matrix,TherearcafewreportsonthepreparationofOenanoparticlesembeddedindielectricceramicmatrix．Intact,cemlIlicmaterialshaveexcellentmechanicalproperties．outstandingtherm

6、alstability,wearresistanceandchemicalstability．Inthemeantime．ceramicwollldbeawell-characterizedmaterialtopassivateGenanoparticlesSLLrfRtceS，whichwillextendfutureapplicationinphotoluminescencefield．Inthispaper,AI他Ge2．2xol呶(o．259@．40)and刖12(SkG啪026(∞匹1)solidsolutionceralllicpowdersWe

7、l'epreparedbywetchemicalmethodusingAI(N03)3，Si(OC2Hs)4andC13GeCH2CH2COOHasprecurso璐．TheformationprocessofmullitephasewasmommredbyTG-DSC，XRDandFT-IR．AfterthereductionofA16Ge2013andAIl2Si375Ge02s026ce删cpowder,strongloomtemperaturephotoluminescence@L)wasobserved．ItisshownthatthePLinte

8、nsitydependsonthereduction