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《cu2 纳米zns荧光粉的制备及发光特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、化学化工学院材料化学专业实验报告实验名称：年级：05级材料化学日期：2008-4-17姓名：学号：------同组人：一、预习部分ZnS是一种宽带半导体材料(3.68eV),广泛应用于各种发光与显示装置,纳米ZnS还具有突出的光催化效果。其的优异性能大都依赖于颗粒的大小和分布及形貌。另外ZnS作为一种性能优良的发光材料,特别是经过掺杂后,能产生各种颜色的荧光,同时又是一种半导体材料,也是一种光电材料,具有极大的应用前景(如在目标识别、显示器材、激光器、传感器等方面)。另外,要得到高性能的ZnS材料,对研究工作者来说,寻求一种经济有效的前
2、驱物和简便可行的工艺条件是研究制备纳米ZnS面临的两个突出问题。1、ZnS纳米粒子的制备方法：1.1水溶液法1.2有机溶剂法2、掺杂的相关内容：所谓掺杂就是向ZnS基质中引入其它元素,在其禁带中产生附加能级,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提高,从而改善ZnS材料的光电性能与结构性能。在ZnS纳米晶中引入掺杂离子的机制有二:一是可以形成新的发光中心,即在ZnS纳米晶中可得到一种新的发光现象;其次,虽然引入的离子本身不形成发光中心,但对基质的发光有影响,因此,选择合适的掺杂离子是十分重要的。几
3、乎所有的金属与非金属离子均可作为掺杂离子引入半导体纳米晶中,但是根据研究与应用的实际要求,常用的有以下几种:a.过渡金属离子在纳米尺寸时,由过渡金属离子外层d电子的能级分裂所产生的d-d光转换变得很复杂,且与体相材料中的情况有所不同,因此,过渡金属离子掺杂的ZnS纳米晶的发光性质不同于体相材料。其发光机理远比体相材料复杂,掺杂离子和基质的微小改变都会引起它的发射光谱的变化。掺杂过渡金属离子往往可以很好地调制ZnS的发射区间,并提高其发光效率。与ZnS单晶相比,Mn掺杂的ZnS纳米晶体量子产率约为20%,且表现出随粒度减小而单调的增加。在
4、纳米晶中激发的Mn2+的辐射衰减的增大主要是由于主态s-p电子波函数与杂质d-f电子波函数交叠增强,sp-df发生混合,促进了基体与杂质间的能量转换。电子态杂化是空间限域的直接结果,当纳米晶的粒度小于其激子波尔半径时就会出现杂化现象。b.稀土金属离子将稀土元素掺杂进入ZnS中,可以制备发射光波长可调的发光材料。前人研究发现,将Tb掺杂进ZnS中可发绿光,掺Tm可发蓝光,掺Sm可发红光。[24]掺杂稀土元素还可加强ZnS基材料的结构性质,使生成的ZnS粒度变小且均匀,并在高温高压下可保持形态的完整性。c.其它离子除上述两种离子外,许多其它
5、离子也可作为掺杂离子,如:Pb2+,Bi3+,Cd2+等,它们具有6S2外层电子构型,其发光来自于1S0-3P0,1跃迁,这种跃迁易受基质材料的影响,所以这些离子的发光性质随基质材料而变化。在ZnS中加入这些结构相似的化合物,可起辅助作用,同时在反应过程中起晶种的作用,控制ZnS的生长。3、线性光学特性研究3.1 发光特性图1是利用日立HitachiF24000荧光光谱仪测定的ZnS∶Cu纳米微粒与体相材料的发射光谱。测试时所用的本底为石英片,激发光源为紫外光,激发波长为332nm,光源功率为80mW。由图2可知,ZnS∶Cu纳米微粒产
6、生位于516nm的发射峰(绿色发射带),相对于体相材料在462nm的发射峰（兰色发射带),红移了54nm。纳米ZnS∶Cu和体相材料的发射光谱比较对于Cu+掺杂ZnS材料的发光机理,到目前为止还没有一个统一的模型来解释它的所有发光现象。因为纳米粒子的能级结构比体晶材料更为复杂,而且还与粒子尺寸、掺杂浓度、本征和杂质缺陷密切相关。有文献报道,当微粒尺寸减小到纳米级,能带分裂为能级,而且禁带宽度随尺寸的减小而增加[224]。笔者认为,本实验在纳米ZnS∶Cu的发射光谱中观察到的位于绿色发光带(λ=516nm)的主发射峰,可以用晶体场理论来解
7、释。晶体场理论认为[5],轨道在晶体场作用下产生能级分裂,其中Cu+的3d电子能级劈裂成T2和E两个能级,纳米微粒在绿色发射带的发射峰一般认为是导带到T2能级的跃迁;而462nm的发射峰认为是E能级到激发态的跃迁,这里的激发态能级是浅施主和激子能级。把两者的发射光谱进行比较可看出,一是体材料的发光在长波侧的发光有所增强,这主要是由于浅施主能级到Cu的3d电子的E能级的跃迁增强所致;二是ZnS∶Cu纳米微粒发射光谱的半宽度增加,这说明浅施主能级到T2受主能级的跃迁也有所增强,同时证明了Cu+的跃迁是浅施主能级上的电子和起受主作用的E能级上
8、空穴复合的结果。 图1 纳米ZnS∶Cu和体相材料的发射光谱比较3.2 光吸收特性利用ShimadzuUV22201紫外可见分光光度计测量了样品的紫外吸收光谱,通过吸收光谱来研究纳米微粒的量子尺寸效应和激子
