纳微米级ZnO的制备和发光研究

来源 :天津理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:hujie789
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近来,由于Ⅱ-Ⅵ族半导体可以作为宿主掺入杂质成为发光材料,因此,很多技术被用于合成Ⅱ-Ⅵ族半导体并掺入诸如过渡族离子、稀土离子以及其它金属离子等发光中心,室温下表现出了良好的发光性能。在所有Ⅱ-Ⅵ族半导体中,氧化锌被认为是可以适用于不同环境的理想材料。纳米ZnO与块材相比具有许多更为优异的特性,这些特性也为纳米ZnO材料在发光领域的实际应用开拓了广阔的前景。本文对ZnO材料的基本特性、制备方法、应用前景和研究进展进行了详细的综述。本文的研究工作主要包括ZnO和掺杂ZnO的光谱研究。非掺杂ZnO采用了两种方法,一是首次采用微波辅助合成法成功的制备出球形形貌的ZnO,二是用液相法制备ZnO量子点。掺杂ZnO主要将稀土离子Eu3+、金属离子Pb2+掺入,研究了制备工艺以及发光特性。研究结果如下:(1)首次采用微波辅助法制备出亚微米级的ZnO球形粉末,晶粒平均尺寸为100nm且结晶完好,讨论了形成球形晶体的生长机理。在PL谱中观察到两个荧光发射带,中心波长分别位于420nm和470nm。讨论认为电子从填隙Zni形成的施主与价带之间的复合并产生420nm的紫光发射;蓝带470nm来自电子从氧空位V0形成浅施主能级跃迁到锌空位VZn或电子从导带跃迁到锌空位YZn-形成浅受主能级所产生的发射。(2)采用溶胶-凝胶法合成ZnO:Eu3+红色光致发光材料,其发射波长位于592nm和615nm两个峰值。主要讨论了在同一能量波长激发下,不同掺杂量对能量向电偶极和磁偶极分配的影响,实验表明当Eu3+的掺杂量为1at.%时,能量向电偶极和磁偶极分配的能量几乎是相同的;当掺杂量为3at.%时,能量向电偶极跃迁5D07F2发射分配的最多。(3)采用燃烧合成法的制备出ZnO:Pb2+,分析了反应条件对发光性能的影响,研究获得当前驱物配比为4:1;助熔剂与原料配比为1:100;点燃温度为700℃以上等可以获得最佳反应条件。在420nm处的紫色和470nm蓝色发射分别来自电子从填隙Zni形成的施主与价带之间的复合及金属阳离子和配合体之间的电荷转移跃迁。(4)采用液相法获得了尺度为10nm左右ZnO量子点,通过紫外—可见吸收光谱分析了反应条件诸如:Zn2+与OH-的比例和反应物浓度对ZnO量子点粒径的影响。
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