ZnS及其掺杂量子点的制备与荧光性能研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:hzq1989aa
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近年来,半导体量子点由于其独特的性质越来越受到人们的重视,已成为一门新兴的交叉学科,其研究内容涉及物理、化学、材料、生物等多学科,研究重点也由当初的量子点材料的制备和基本性能转移到功能应用方面。荧光特性是量子点材料一个重要特性,十几年来一直是研究的热点。本论文针对硫化锌和掺杂型硫化锌量子点的制备和光谱性能开展研究,主要研究内容和结果如下:(1)采用水相共沉淀法制备ZnS量子点,X射线衍射分析和透射电镜测试表明样品为闪锌矿结构、直径34nm的球形ZnS颗粒。荧光试发现,随激发峰波长从330nm增加到380nm,样品的发射谱最大值从430nm移到485nm处,发光颜色也由蓝色变为白色。高斯拟合表明发射谱由峰值分别在416nm,460nm和505nm的三个峰叠加而成。经荧光光谱研究,表面态吸收330nm的光后捕获的光电子一部分辐射跃迁回价带与空穴复合,发出约416nm的蓝紫光;另一部分以非辐射弛豫的方式被S2-空位陷阱能级捕获,然后向价带和Zn2+空位缺陷能级跃迁,分别发出波长为460nm和505 nm的光。S2-空位则吸收380nm左右的光产生460nm和505 nm的发射。对于表面具有有机分子链配位的ZnS量子点,没有发现蓝色发光,这是因为有机分子链有效修饰了样品的表面态,使表面态发光消失。(2)分别用水相共沉淀法、水热法和液体-固体-溶液法制备了三种粒径不同的ZnS:Mn2+量子点。测试发现随量子点颗粒增大,ZnS基质和Mn2+的激发峰的位置分离得越明显。我们认为Mn2+与ZnS基质间不存在能量传递过程。改变前驱体摩尔浓度比发现随[S2-]/[Zn2+]比值的增大,基质发射峰消失而Mn2+发光的增强,这是因为过量的S2-吸附在样品表面与Mn2+形成MnS薄层后包覆在样品表面,一方面,减少了表面缺陷,使ZnS基质表面缺陷态相关的发射减弱;另一方面,也修饰了表面无辐射跃迁通道,使激发能尽可能多地被Mn2+吸收,导致Mn2+发光的增强。(3)用水相共沉淀法制备了Cu2+掺杂和Cu2+,M(M=F-或Ce3+)共掺杂的ZnS量子点。讨论了ZnS:Cu2+量子点的荧光发射机理、Cu2+掺杂浓度及F-和Ce3+的掺入对样品荧光光谱的影响。光谱测试发现ZnS:Cu量子点发射谱峰分别在460nm和490nm处。这两个峰分别来自基质中深施主和浅施主能级和Cu离子t能级间电子跃迁引起的发射。F-作为Cu的敏化离子,替代S2-形成正电中心FS*,导致激发能就可能在FS*和F-之间发生无辐射传递,荧光减弱。共激活剂Ce3+置换晶格中的Zn2+,在导带底的下边形成正电中心,与Cu+形成的负电中心形成施主-受主对,使发光增强。(4)分别制备了两种Pb2+吸附和Pb2+掺杂的ZnS量子点。发现这两种样品的发光光谱都由峰值在460nm和520nm的两个峰叠加而成,他们分别来源于Pb2+内部3P1→1S0和1P1→1S0的跃迁发射。探讨了掺杂浓度、前驱体摩尔浓度比及表面修饰对样品荧光性能的影响,荧光检测发现Pb2+最佳掺杂浓度为0.3 at%;随着前驱体摩尔浓度比增加,样品发射峰红移。
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