核/壳结构的ZnS:Mn纳米粒子的制备及发光性质的研究

来源 :中国海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hdf2006
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在纳米材料科学中,人们对于纳米半导体材料的研究给予了极大的重视。II-VI族化合物半导体纳米材料是现今研究的一个热点,特别是材料的光电物理性质。Mn离子掺杂ZnS(ZnS:Mn)半导体纳米微晶发光材料有广泛的潜在应用前景,引起学术界的极大关注,人们对其发光机理、制备方法、实际应用进行了深入研究。但是它距离应用还有一定距离,制约其走向应用的关键在于表面态的猝灭作用导致其发光效率低下,因此,表面修饰对纳米发光材料走向应用起着重要作用。在众多的表面修饰方法中,核/壳结构是一种十分有效的方法。本课题研究了无机壳层修饰对纳米ZnS:Mn发光性质的影响,目的是减少或消除ZnS:Mn纳米微晶的表面态,提高其发光效率。本论文的主要工作总结如下:1.利用溶剂热法合成了Mn离子掺杂的ZnS球形纳米颗粒及纳米棒,发现在乙二胺与水以等体积比混合作为溶剂时,通过改变锌与硫的物质的量的比可以控制纳米粒子的形貌,当Zn:S=2:1时,得到闪锌矿型的球形纳米颗粒;当Zn:S=1:1时,得到纤维锌矿型的纳米棒;2.成功制备了不同壳层厚度的ZnS:Mn/ZnS,ZnS:Mn/CdS,ZnS:Mn/ZnO,ZnS:Mn/SiO2核/壳结构纳米颗粒和ZnS:Mn/ZnS核/壳结构纳米棒,采用了TEM、XRD、XPS、PL、PLE等测试对样品的晶形、形貌、发光等性质进行了表征。TEM和XPS测试证明了样品的核/壳结构,PL和PLE测试发现:适当厚度的壳层可以有效的提高ZnS:Mn纳米粒子的发光强度,同时有些壳层材料也对ZnS核产生应力,导致激发光谱发生蓝移。具体结论如下:(1)随着ZnS壳层的增厚, ZnS:Mn/ZnS纳米颗粒的Mn离子发光强度出现了先增强后减弱的现象,当壳层厚度达到0.05时(壳与核中Zn2+的物质的量的比,下同),发光效果达到最好,其强度为原来的1.2倍。样品的激发峰位随着壳层的增厚发生了逐渐的红移;(2)在ZnS:Mn纳米颗粒表面包覆CdS壳层后,Mn离子发光出现了降低的现象,并且随着壳层的增厚,发光强度逐渐降低。ZnS的激发峰位随着壳层的增厚发生了逐渐的蓝移,并且在激发光谱中同时出现了合金态的ZnCdS的吸收;(3)随着ZnO壳层的增厚,ZnS:Mn/ZnO纳米颗粒的Mn离子发光强度出现了先增强后减弱的现象,当壳层厚度达到0.1时,发光效果达到最好,其强度几乎达到原来的2倍。包覆ZnO后,样品的激发峰位发生了明显的蓝移;(4)随着SiO2壳层的增厚,ZnS:Mn/SiO2的Mn离子发光强度出现了先增强后减弱的现象,当壳层厚度达到5时,发光效果达到最好,其强度达到原来的3.5倍,并且SiO2对ZnS:Mn纳米颗粒的表面修饰效果要明显优于ZnS,CdS,ZnO对ZnS:Mn纳米颗粒的表面修饰效果。包覆不同厚度的SiO2壳层,样品的激发峰位发生了相同程度的蓝移;(5)随着ZnS壳层的增厚, ZnS:Mn/ZnS纳米棒的Mn离子发光强度出现了先增强后减弱的现象,当壳层厚度达到0.1时,发光效果达到最好,其强度达到原来的1.2倍。包覆ZnS壳层后,样品的激发峰位基本不发生移动。
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