ZnS掺杂技术研究及应用现状

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1、审7卷弟2期3002年6月粉末治金材料科学与工程MS&EZnS掺杂技术研究及应用现状贾宝平贺跃辉唐翅成邓意达黄伯云刘业翔(粉未冶金国家重点实验空，长沙.41II:3>»養苛现內外AZnS及ZnS纂财林摻条敌牡方面的果邀行了背矣介绍，片斜*的星*机殳、主矣的推盘技电、方汝进，Jf纣多种松廉九索的效果进行了分析比较.关■逼ZnS;ZnSJL材什；修杂及社分类号1F12JZnS是••种U・VI族电子过剩的本征半导体材料.由于它具有良好的荧光效应和电致发光功能(Electro-luminescence),使英成为目前国内外研究开发的热点

2、”・公具有闪锌矿型(立方晶减)和纤锌矿型(六面体羽)2种结构，常用于发光材料的ZnS为闪锌矿型，其晶体结构为⑵：每个Zn原子被4个S原子包帼订可时，每个S原子被4个Zn原子包ffl.ZnS具有禁带能宽(3・7eV)、光传导性好(在8-12pm波长范围内都具有良好的红外透过率)•在可见光及红外范倒内分散度紙尊优点.在0K时，ZnS材料带隙为325mn;室温(23Y)下，由于热平銜声子(Thamalequilibrium)填充,其右效带隙为339nm左右•它可以发出黄、塚2种基色光,是传统阴极射线管发光材料(Cathode-rayl

3、ubelumineixxnlmalerials)的jfi要组成部分.Zn5的这些结构待点，使之感为很多发光材料的基体■现阶段以ZnS为基体的发光材料巳广泛应用于多种仪器仪表中，如光激发二极符①、太阳能电池％刃等•但由于纯ZnS材料自身的一些局限和缺陷，阻焉了对它的进一步应用研究•纯ZnS材料的主要缺点有：(1)ZnS殺粒的形态、粒度大小及其分布对其光电性能有很大彫晌，不規対的颗粒互相之问会产生一种"织交作用(Textureeffect)<6：,使ZnS发光效果降低.(2)纯ZnS自身电阻偏髙"•在使用过程中，特别是在低激发状杰下

4、，在ZnS表面会积累大量电荷•产生屏嚴作用JA而形响其发光性能.(3)ZnS材料所能激发的光波范围有限•希温下®ZnS材料所能激发的最大波长约为340nm,而掺杂后其激发波长可以达到更大值.如用化学法制得的ZnS：Mn纳米粉的激发光谱和发射光谱峰值分别为338nm和596mn•大大提高了ZnS材料的发肘光谱范田.(4)纯ZnS粉体材料在处于激发态时的稳定性有待提岛.纯ZnS粉体材料在受到激发时，可能分解生成有害气体SO』•这种结构上的不穂定对材料的使用寿命和人体都会造成损害⑴.(5)纯ZnS材料抵抗冲击(如雨淋、风蚀、摊击等)的

5、陀力有待提高沁.期200)-09^11迂徐曲孙更滋姦农长悴帘屮J*大孕粉末府金G丸廉1掺杂技术从20世纪90年代开始，人们在大量实验研究的基础上，发现掺杂改性是一条提島和完善ZnS基材料综合性能的有效途径-近年来，陵着纳米技术的不断发展和应用关域的推广•在ZnS粉体及胶体的制备工艺.其光电性能等方面的研究和应用作了大蚤有效的工作，发现对ZnS颗粒粒度加以限制和釆用适当元索的掺杂活化，能使以ZnS为代表的半导体材料具有与其在微观粒子或宏观物块中时完全不同的光电性质，在光电学弋£具有巨大的应用潜力.1.1原理槪述所谓捧杂改性■就是向

6、ZnS基质中掺入其他元索，使ZnS基质某方面的性质(如结构、形态、强度等)由于与引入元素的相互作用而得到改善•从而使ZnS材料的光电性能及结构性能得到改善.在现阶段，针对ZnS材料掺杂改性的主要途径有以下2种：(1)通过向ZnS品体中引入不同种类元素，使其晶体结构发生改变•这种改变可以使ZnS材料的导电能力堆強，也可以提高电子跃迁的带隙能，达到改进ZnS发光材料光电性能的目的.(2〉通过引入含有掺杂元素的薄膜等外部的各种限制条件，控制ZnS材料本身的不利变化，同时堆大其导电性能和光透过性.但最终要从以下几个方面提高ZnS发光材料

7、的性能：(1)ZnS基材料籲粒形态、粒度大小及分布的控制与稳定•材料籲粒形态、粒度的大小及分布对ZnS基发光材料的性能的影响很大•一般随看粉末粒反的降低.ZnS的发光性能和力学性能均明显提高•待别是当粒径达到纳米尺寸后•由于纳米徽粒具有凰子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，因而Z«S纳米粉表现岀许多特有的性质和功能，如优良的光电催化活性等,使其吸收波长与荧光发射波长向更高的能级移动(蓝移)*・但纯ZnS颗粒形态、大小很难控制，特别在鬲温下•容易变形■团聚•通过掺杂改变ZnS基材料的结构性能，可以使其保持籲粒形态、粒度大小及

8、分布•提鬲ZnS基材料的性能.(2)激发态时緻定性及抗冲击能力增强・ZnS材料在激发态时，由于具有较高的能SL容易分解生成SO,气体，使X材料的使用寿命大大缩矩•应用范国减小・向通过掺杂改性可以增暹其结构强度，增加其锂定性及抗冲击能力•使ZnS基材料得到更广泛的