核-殼結(jié)構(gòu)ZnS：Cu納米粒子的制備及發(fā)光性質(zhì)的研究.pdf

1、ZnS是一種性能優(yōu)越的II-VI族發(fā)光材料，禁帶寬度為3.66eV。屬于直接帶隙半導(dǎo)體，在熒屏顯示領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。近年來，隨著納米材料研究的深入，國內(nèi)外對ZnS納米發(fā)光材料已進(jìn)行了多方面的研究，當(dāng)ZnS中摻入稀土離子或過渡金屬離子(如摻Mn、Cu、Ag)作為激活劑時，可改變基質(zhì)內(nèi)部能帶結(jié)構(gòu)，形成各種不同的發(fā)光能級。然而，納米粒子比表面積很大，表面懸鍵大量存在，易在表面形成發(fā)光猝滅中心。大量實(shí)驗(yàn)表明：表面修飾可以明顯提高納米粒子發(fā)光性能

2、。在眾多的表面修飾方法中，核/殼結(jié)構(gòu)是一種十分有效的方法。本課題研究了ZnS:Cu納米發(fā)光材料的制備和發(fā)光性質(zhì)，并在此基礎(chǔ)上對其表面進(jìn)行修飾，目的在于降低表面態(tài)影響，提高顆粒發(fā)光性能，本論文主要工作總結(jié)如下： 1.采用水熱法制備了Cu離子摻雜的ZnS:Cu納米粒子，利用單因素分析法研究了鋅硫比(反應(yīng)物中鋅離子、硫離子物質(zhì)量的比)、反應(yīng)時間、摻雜濃度和醋酸鋅濃度對ZnS:Cu納米粒子的影響。通過X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微

3、鏡(TEM)、熒光光譜儀對樣品的物相、形貌和發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行分析表征，結(jié)論如下： (1)水熱法得到立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的球形ZnS:Cu納米粒子，粒徑在1～6nm之間。室溫下，用350nm波長的紫外光激發(fā)ZnS:Cu納米粒子，可以得到歸屬于淺施主能級與銅t2能級之間躍遷產(chǎn)生的綠色發(fā)光；隨鋅硫比的增大和反應(yīng)時間的延長，發(fā)光強(qiáng)度先增強(qiáng)后減弱，發(fā)射峰位隨鋅硫比和反應(yīng)時間的變化有一定移動，這是由于淺施主能級為與硫空位有關(guān)的能級，鋅硫比和反應(yīng)時間對

4、硫空位的數(shù)量和能級位置有一定影響；隨銅離子摻雜濃度的增加，發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢，這歸因于銅離子的濃度猝滅；隨醋酸鋅濃度增加，粒子粒徑減小，表面缺陷增多，發(fā)光強(qiáng)度降低。 (2)當(dāng)鋅硫比為2:1，反應(yīng)時間為7h，摻雜濃度為0.5at％，醋酸銅濃度為0.156mol/L時，ZnS:Cu納米粒子發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大。 2.制備了不同殼層厚度的ZnS:Cu/ZnS，ZnS:Cu/CdS，ZnS:Cu/Zn(OH)2，ZnS:

5、Cu/SiO2核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，采用了TEM、XRD、PL、PLE等測試手段對樣品的晶形、形貌、發(fā)光等性質(zhì)進(jìn)行了表征。具體結(jié)論如下： (1)隨著ZnS殼層的增厚，ZnS:Cu/ZnS納米粒子的Cu離子發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)了先增強(qiáng)后減弱的現(xiàn)象，當(dāng)殼層厚度達(dá)到0.04時(殼與核中2n2+的物質(zhì)的量的比，下同)，發(fā)光效果達(dá)到最好，其強(qiáng)度達(dá)到未包覆樣品的1.8倍； (2)在ZnS:Cu納米粒子表面包覆CdS殼層后，Cu離子發(fā)光出現(xiàn)了先增

6、強(qiáng)后降低的現(xiàn)象，當(dāng)殼層厚度達(dá)到0.01時，發(fā)光效果達(dá)到最好，其強(qiáng)度達(dá)到未包覆樣品的1.4倍，殼層CdS為閃鋅礦結(jié)構(gòu)： (3)隨著Zn(OH)2殼層的增厚，ZnS:Cu/Zn(OH)2納米粒子的Cu離子發(fā)光強(qiáng)度出現(xiàn)了先增強(qiáng)后減弱的現(xiàn)象，當(dāng)殼層厚度達(dá)到0.08時，發(fā)光效果達(dá)到最好，其強(qiáng)度幾乎達(dá)到未包覆樣品的4.5倍，Zn(OH)2以無定形物質(zhì)形式存在； (4)隨著SiO2殼層的增厚，ZnS:Cu/SiO2的Cu離子發(fā)光強(qiáng)度出

7、現(xiàn)了先增強(qiáng)后減弱的現(xiàn)象，當(dāng)殼層厚度達(dá)到7.5時，發(fā)光效果達(dá)到最好，其強(qiáng)度達(dá)到未包覆樣品的6倍，SiO2對ZnS:Cu納米粒子的表面修飾效果要明顯優(yōu)于ZnS，CdS，Zn(OH)2對ZnS:Cu納米粒子的表面修飾效果，SiO2以無定形物質(zhì)形式存在。 在對ZnS:Cu納米粒子進(jìn)行表面無機(jī)包覆的過程中，由于殼層具有表面修飾、降低發(fā)光中心濃度及本身缺陷增加無輻射躍遷幾率三方面作用，銅離子的發(fā)光強(qiáng)度都會出現(xiàn)先增強(qiáng)后降低的變化趨勢。只有當(dāng)包