核-殼結構ZnS：Cu納米粒子的制備及發(fā)光性質的研究.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。屬于直接帶隙半導體，在熒屏顯示領域已有廣泛應用。近年來，隨著納米材料研究的深入，國內外對ZnS納米發(fā)光材料已進行了多方面的研究，當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，可改變基質內部能帶結構，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。大量實驗表明：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/殼結構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，并在此基礎上對其表面進行修飾，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(反應物中鋅離子、硫離子物質量的比)、反應時間、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)光性質進行分析表征，結論如下： (1)水熱法得到立方閃鋅礦結構的球形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能級之間躍遷產生的綠色發(fā)光；隨鋅硫比的增大和反應時間的延長，發(fā)光強度先增強后減弱，發(fā)射峰位隨鋅硫比和反應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的能級，鋅硫比和反應時間對

4、硫空位的數量和能級位置有一定影響；隨銅離子摻雜濃度的增加，發(fā)光強度出現先增強后減弱的趨勢，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)光強度降低。 (2)當鋅硫比為2:1，反應時間為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)光強度達到最大。 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核殼結構納米粒子，采用了TEM、XRD、PL、PLE等測試手段對樣品的晶形、形貌、發(fā)光等性質進行了表征。具體結論如下： (1)隨著ZnS殼層的增厚，ZnS:Cu/ZnS納米粒子的Cu離子發(fā)光強度出現了先增強后減弱的現象，當殼層厚度達到0.04時(殼與核中2n2+的物質的量的比，下同)，發(fā)光效果達到最好，其強度達到未包覆樣品的1.8倍； (2)在ZnS:Cu納米粒子表面包覆CdS殼層后，Cu離子發(fā)光出現了先增

6、強后降低的現象，當殼層厚度達到0.01時，發(fā)光效果達到最好，其強度達到未包覆樣品的1.4倍，殼層CdS為閃鋅礦結構： (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)光強度出現了先增強后減弱的現象，當殼層厚度達到0.08時，發(fā)光效果達到最好，其強度幾乎達到未包覆樣品的4.5倍，Zn(OH)2以無定形物質形式存在； (4)隨著SiO2殼層的增厚，ZnS:Cu/SiO2的Cu離子發(fā)光強度出

7、現了先增強后減弱的現象，當殼層厚度達到7.5時，發(fā)光效果達到最好，其強度達到未包覆樣品的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以無定形物質形式存在。 在對ZnS:Cu納米粒子進行表面無機包覆的過程中，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)光強度都會出現先增強后降低的變化趨勢。只有當包