Mn2+及稀土金屬離子摻雜ZnS納米晶的合成及其性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體納米材料以其獨(dú)特的物理性質(zhì)，如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、非線性光學(xué)現(xiàn)象等成為材料研究的熱點(diǎn)。其中 ZnS是一種重要的Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料，同時(shí)也是很好的基質(zhì)材料，禁帶寬度3.6-3.8eV，具有良好的光傳導(dǎo)性能，在光學(xué)和光電器件中，如電致發(fā)光顯示器件、紫外光探測(cè)器件、發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池等以及一些熒光生物標(biāo)記材料方面具有遼闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)，人們開(kāi)始關(guān)注和研究各種摻雜ZnS納米晶以改善其性能，從而得到更廣泛的應(yīng)用。采用水熱法

2、合成了Mn離子摻雜和Er離子摻雜以及Er/Yb離子共摻雜的ZnS納米晶粉體，并用 X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)和熒光分光光度譜儀(PL)對(duì)各種納米晶粉體的物相、形貌、晶粒尺寸、和光致發(fā)光性能進(jìn)行了研究分析。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用水熱法成功合成了粒徑尺寸均勻、分散性好的 ZnS納米晶和不同離子摻雜的 ZnS納米晶。結(jié)果表明 ZnS納米晶以及不同離子摻雜的 ZnS納米晶都具有立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，呈類球形，有少

3、量團(tuán)聚。對(duì)合成的離子摻雜ZnS納米晶通過(guò)謝樂(lè)公式進(jìn)行粒度的計(jì)算，納米晶粒徑大小在5nm-10nm之間，晶粒尺寸較小。⑵當(dāng)Mn離子摻雜ZnS納米晶時(shí)，其中在波長(zhǎng)λem=580nm處出現(xiàn)了一個(gè)較強(qiáng)的 Mn離子發(fā)光特征峰，該發(fā)射峰來(lái)源于錳離子3d5軌道4T1→6A1的躍遷。Mn離子的摻雜量為7％時(shí)，發(fā)射峰強(qiáng)度達(dá)到最大值，當(dāng)摻雜量增加到10%時(shí)，發(fā)生了濃度猝滅現(xiàn)象。⑶當(dāng)Er離子摻雜ZnS納米晶時(shí)，Er離子摻雜摩爾濃度為6%，穩(wěn)定劑巰基乙酸添加摩

4、爾分?jǐn)?shù)為2%，合成溫度為120℃條件下得到了發(fā)光性能較好的 Er離子摻雜 ZnS納米晶材料。ZnS:Er納米晶產(chǎn)生的發(fā)射峰為雙峰結(jié)構(gòu)，其中在410nm與475nm兩處的發(fā)光峰是施主能級(jí)與受主能級(jí)級(jí)(硫空位與鋅空位)之間的復(fù)合躍遷發(fā)光。⑷制備Er/Yb離子共摻雜 ZnS納米晶，當(dāng)Yb離子濃度為1%時(shí)，Er離子濃度為摻雜變量時(shí)，當(dāng) Er離子摻雜量為3%時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)；Er離子濃度為1%時(shí)，Yb離子濃度為摻雜變量時(shí)，當(dāng) Yb離子摻雜量為3%