ZnS-有機(jī)物納米復(fù)合材料的制備與光學(xué)性能的研究.pdf

1、在眾多的半導(dǎo)體納米材料中，ZnS納米材料以其優(yōu)良的光電性能引起了許多科學(xué)家的極大關(guān)注。ZnS是典型的直接寬禁帶Ⅱ～Ⅵ族化合物半導(dǎo)體，室溫下其禁帶寬度為3.66eV。隨著ZnS納米粒子的尺寸減小，其能級(jí)的第一激發(fā)態(tài)將升高，光吸收邊將藍(lán)移，使得微粒本身具有獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)和介電限域效應(yīng)，從而表現(xiàn)出新奇的光電性質(zhì)。故實(shí)現(xiàn)ZnS納米粒子的粒徑大小可控是改變納米硫化鋅光電性能的關(guān)鍵因素。用有機(jī)物對(duì)ZnS納米粒子表面進(jìn)行修飾，改變反應(yīng)條

2、件實(shí)現(xiàn)對(duì)ZnS納米粒子的形貌、粒徑大小及組裝成一維納米結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行控制，可以得到具有優(yōu)良光學(xué)電學(xué)性能的材料。ZnS納米粒子和由它組裝成的一維納米結(jié)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用于電致發(fā)光、場(chǎng)發(fā)射平板顯示器、光電二極管、太陽(yáng)能電池、介電濾光、紅外窗、傳感器、激光器等領(lǐng)域，是一類非常重要的光電半導(dǎo)體材料。 本文的主要工作和取得的主要結(jié)果如下：本研究用十二硫醇作表面修飾劑，以聚乙烯醇(PVA)作穩(wěn)定劑制備了粒徑分布窄、分散均勻、性能穩(wěn)定的ZnS納米

3、粒子。紫外可見吸收光譜結(jié)果表明得到的ZnS納米粒子呈現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)，而且可以通過調(diào)整反應(yīng)條件來控制ZnS納米粒子的粒徑。熒光光譜研究表明：隨著十二硫醇的含量的增大，ZnS納米粒子的熒光發(fā)射峰逐漸藍(lán)移且強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，同時(shí)隨著ZnS納米粒子的粒徑減小，出現(xiàn)了激子發(fā)射峰且強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)。 用紫外輻射的技術(shù)，以聚乙烯醇為保護(hù)劑，合成了形態(tài)可控的ZnS納米晶，對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)性能進(jìn)行了表征，并提出了可能

4、的反應(yīng)機(jī)理。通過控制照射時(shí)間和絡(luò)合時(shí)間可以得到不同結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能的ZnS納米晶。紫外可見吸收光譜結(jié)果表明隨著照射時(shí)間的延長(zhǎng)，ZnS納米晶的吸收邊發(fā)生紅移，并且出現(xiàn)了明顯的結(jié)構(gòu)峰；隨著絡(luò)合時(shí)間的延長(zhǎng)，ZnS納米晶的吸收邊發(fā)生藍(lán)移，結(jié)構(gòu)峰也從285.24nm藍(lán)移到279.07nm，這些現(xiàn)象表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)。熒光光譜結(jié)果表明隨著照射時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品帶隙發(fā)射峰(401.2nm)的峰位發(fā)生藍(lán)移且強(qiáng)度增強(qiáng)，表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)。

5、 以具有強(qiáng)配位能力極性基團(tuán)的丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸/丙烯酸羥丙酯三元嵌段共聚物(Aa-AMPS-hT)為單分子層，通過離子絡(luò)合法原位合成了ZnS納米粒子及它們以三元共聚物鏈段為模板自組裝成的一維納米結(jié)構(gòu)，通過控制反應(yīng)條件可以很好地控制硫化鋅納米晶的形貌和尺寸。紫外可見吸收光譜和熒光光譜結(jié)果表明在不同的反應(yīng)條件下制得的ZnS納米晶呈現(xiàn)出顯著的量子尺寸效應(yīng)。 利用溶劑熱法，以硫脲和無水氯化鋅為原料，乙二胺為反應(yīng)

6、溶劑，經(jīng)高溫后處理得到了純相的ZnS納米晶須。系統(tǒng)研究了各種生長(zhǎng)條件對(duì)硫化鋅納米材料結(jié)構(gòu)和形貌的影響，對(duì)制備的硫化鋅納米材料進(jìn)行了形貌、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能方面的表征，對(duì)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究。所制備的硫化鋅納米晶須屬于六方晶系纖鋅礦結(jié)構(gòu)，為多晶，直徑為6～10nm，長(zhǎng)度為1.2μm，長(zhǎng)徑比為200。ZnS納米晶須的生長(zhǎng)方向是[002]。在120℃下反應(yīng)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品的吸收邊和熒光發(fā)射峰的峰位向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向移動(dòng)，呈現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)

7、。 首次用聚乙烯醇輔助溶劑熱法成功地制備了ZnS納米管和納米線。系統(tǒng)研究了各種生長(zhǎng)條件對(duì)硫化鋅納米材料形貌的影響，表征了其形貌、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能，提出了ZnS納米管和納米線可能的生長(zhǎng)模型和二者生長(zhǎng)的相互聯(lián)系。用聚乙烯醇為模板制備得到的ZnS納米管長(zhǎng)度為2.5μm，外徑為20～50nm，壁厚為5～20nm。制得的ZnS納米線長(zhǎng)度與納米管相當(dāng)，長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)到7μm，形貌有直和彎曲成環(huán)形的，直徑為50nm，與納米管的外徑相當(dāng)，這驗(yàn)證了我們