sb掺杂对电纺zno纳米纤维的结构与发光性质的影响

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1、第32卷第6期长春师范学院学报《自然科学版)2013年12月Vol32No．6JournalofChangchunNormalUniversity(NaturalScience)Dec．2O13Sb掺杂对电纺ZnO纳米纤维的结构与发光性质的影响王丹，魏艳玲，李冰2，王德丰，李玉文(1．吉林工程技术师范学院应用理学院，吉林长春130052；2．长春师范大学物理学院，吉林长春130032)[摘要]sb掺杂ZnO纳米纤维材料在光电、气敏效应、P型导电等方面具有优异的性质。本文利用静电纺丝方法制备了不同sb

2、掺杂浓度的ZnO纳米纤维，研究了掺杂对纤维的形貌、结构以及发光性质的影响。发现随着掺杂浓度的提高，纤维的直径增加，晶粒尺寸变大。XRD和Raman的测量表明在掺杂浓度较高的情况下有杂相znSb0．的存在。发光测试研究表明，随着掺杂浓度的提高，样品的发光呈现先增强后减弱的变化规律，并且样品发光伴随较强的激光热效应，对于未掺杂样品，由于其直径最小激光的热效应最为显著。[关键词]静电纺丝；光致发光；Sb掺杂；激光热效应[中图分类号]0474[文献标识码]A[文章编号]1008—178X(2013)06—0

3、007—05ZnO是重要的II—VI族直接宽禁带半导体材料，为六方纤锌矿结构。室温下ZnO的禁带宽度为3．3eV，激子束缚能为60meV，因此ZnO更适合于室温或更高温度下的短波长激光发射，具有很大应用潜力¨-3]。除了高效的紫外光发射特性，ZnO还具有良好的压电性能_4和气敏特性J。与体材料相比，ZnO纳米材料具有很多优异的特性。例如：在紫外光发射性能方面，纳米线结构可以显著地降低光泵浦紫外激射的阈值；在压电性能方面，纳米线结构也具有优异的压电性能，可用于制，备纳米发电机J。ZnO特殊的纳米结构与

4、光电性能，可能应用于发光器件、太阳能电池¨、光催化、纳米发电机以及传感器¨-14]等领域。以静电纺丝技术为基础的一维纳米纤维材料是新型高效多功能材料，具有高比表面积、小孔径、多空隙率、高长径比、直径在微纳米范围可控(5O～1000nm)等优异性能。通过静电纺丝方法，可以制备简单的无机氧化物材料，如ZnO]、TiO2[]、CuO["等，或者多元金属氧化物，例如CuA102[墙]、YBaCuO，[等。由于纳米纤维具有大的比表面积，使其有望在气敏传感器]、催化、电池电极材料以及在太阳能电池心等领域有广阔的

5、应用前景。sb掺杂ZnO纳米材料在光电、气敏效应、P型导电等方面具有优良的性质。关于sb掺杂ZnO纳米粒子、纳米线、薄膜结构等研究工作已有很多报道，而对于sb掺杂ZnO的纳米纤维结构的研究未见报道。本文利用静电纺丝方法制备了不同浓度的Sb掺杂ZnO的纳米纤维，研究了掺杂对纤维的形貌、结构以及发光性质的影响。1样品制备与表征配制0．15mMol／ml的醋酸锌以及三氯化锑的DMF溶液，将上述溶液按不同比例混合配制sb含量分别为O％、1％、3％和9％的溶液10ml，将1g聚丙烯晴、0．3g聚乙烯吡咯烷酮分

6、别溶于上述溶液中，充分搅拌12h，获得纺丝的前驱体溶液。将前驱体溶液转移到塑料注射器中电纺，纺丝电压为15kV，纺丝距离约为18cm。所得复合高分子纤维通过缓慢升温至550℃，保温3h。用扫描电镜(SEM，Quanta250FEG)对样品的形貌进行表征。x射线衍射(XRD)使用D／max2500X射线衍射仪(Rigaku)进行测试，40kV，lOOmA，CuKot线(0．1541nm)；发光(PL)与拉曼(RalTlan)光谱采用Jo-bin—YvonHR800微区拉曼光谱仪分别以325nITI与4

7、88nm激光作激发光源。2结果与讨论[收稿日期】2013—08—26[作者简介]王丹(1982一)，女，吉林长春人，吉林工程技术师范学院应用理学院讲师，从事物理学研究。·7·图1A—D给出了不同Sb掺杂浓度下的样品的SEM照片。从图1A中可以看出未掺杂样品的纤维直径比较细，随着掺杂量的增加，纤维直径逐渐变粗，分别为150nm，300nm，500nm，100Onto，组成纤维的颗粒的尺寸也逐渐变大。图2A给出了不同Sb掺杂浓度下的样品的XRD的曲线。当Sb的浓度增)JON3％和9％时，图谱中出现了新的

8、衍射峰。通过与XRD数据库中的数据相比较发现，新的衍射峰可归因于zn7Sb2Ol2(ZincAntimonyOxide)的衍射峰。从图2B中可以看出，随着掺杂浓度的提高，样品中来自ZnO(002)晶面的衍射峰向大角度移动同时有一定程度的展宽，而其它的主要衍射峰图1不同Sb掺杂浓度下的样品的SEM照片变化不明显。说明掺杂的影响主要是引II=起_P一ZnO嚣∞的c-Cu轴Ia方)向(的一．=．日A一一0％田c，∞B一c1—％o，C)(一3％，D一9％图2不同sb掺杂浓度下