资源描述：
《cu 纳米zns荧光粉的制备及发光特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、Cu2+纳米ZnS荧光粉的制备及发光特性研究化学化工学院材料化学专业实验报告实验名称：年级：05级材料化学日期：2008-4-17姓名：学号：------同组人：一、预习部分ZnS是一种宽带半导体材料(3.68eV),广泛应用于各种发光与显示装置,纳米ZnS还具有突出的光催化效果。其的优异性能大都依赖于颗粒的大小和分布及形貌。另外ZnS作为一种性能优良的发光材料,特别是经过掺杂后,能产生各种颜色的荧光,同时又是一种半导体材料,也是一种光电材料,具有极大的应用前景(如在目标识别、显示器材、激光器、传感器等方面)
2、。另外,要得到高性能的ZnS材料,对研究工作者来说,寻求一种经济有效的前驱物和简便可行的工艺条件是研究制备纳米ZnS面临的两个突出问题。1、ZnS纳米粒子的制备方法：1.1水溶液法1.2有机溶剂法2、掺杂的相关内容：所谓掺杂就是向ZnS基质中引入其它元素,在其禁带中产生附加能级,使ZnS基质某方面的性质(如结构,形态,强度等)由于与引入元素的相互作用而得到提高,从而改善ZnS材料的光电性能与结构性能。在ZnS纳米晶中引入掺杂离子的机制有二:一是可以形成新的发光中心,即在ZnS纳米晶中可得到一种新的发光现象;其
3、次,虽然引入的离子本身不形成发光中心,但对基质的发光有影响,因此,选择合适的掺杂离子是十分重要的。几乎所有的金属与非金属离子均可作为掺杂离子引入半导体纳米晶中,但是根据研究与应用的实际要求,常用的有以下几种:a.过渡金属离子在纳米尺寸时,由过渡金属离子外层d电子的能级分裂所产生的d-d光转换变得很复杂,且与体相材料中的情况有所不同,因此,过渡金属离子掺杂的ZnS纳米晶的发光性质不同于体相材料。其发光机理远比体相材料复杂,掺杂离子和基质的微小改变都会引起它的发射光谱的变化。掺杂过渡金属离子往往可以很好地调制Zn
4、S的发射区间,并提高其发光效率。与ZnS单晶相比,Mn掺杂的ZnS纳米晶体量子产率约为20%,且表现出随粒度减小而单调的增加。在纳米晶中激发的Mn2+的辐射衰减的增大主要是由于主态s-p电子波函数与杂质d-f电子波函数交叠增强,sp-df发生混合,促进了基体与杂质间的能量转换。电子态杂化是空间限域的直接结果,当纳米晶的粒度小于其激子波尔半径时就会出现杂化现象。b.稀土金属离子将稀土元素掺杂进入ZnS中,可以制备发射光波长可调的发光材料。前人研究发现,将Tb掺杂进ZnS中可发绿光,掺Tm可发蓝光,掺Sm可发红光
5、。[24]掺杂稀土元素还可加强ZnS基材料的结构性质,使生成的ZnS粒度变小且均匀,并在高温高压下可保持形态的完整性。c.其它离子除上述两种离子外,许多其它离子也可作为掺杂离子,如:Pb2+,Bi3+,Cd2+等,它们具有6S2外层电子构型,其发光来自于1S0-3P0,1跃迁,这种跃迁易受基质材料的影响,所以这些离子的发光性质随基质材料而变化。在ZnS中加入这些结构相似的化合物,可起辅助作用,同时在反应过程中起晶种的作用,控制ZnS的生长。3、线性光学特性研究3.1发光特性图1是利用日立HitachiF240
6、00荧光光谱仪测定的ZnS∶Cu纳米微粒与体相材料的发射光谱。测试时所用的本底为石英片,激发光源为紫外光,激发波长为332nm,光源功率为80mW。由图2可知,ZnS∶Cu纳米微粒产生位于516nm的发射峰(绿色发射带),相对于体相材料在462nm的发射峰（兰色发射带),红移了54nm。纳米ZnS∶Cu和体相材料的发射光谱比较对于Cu+掺杂ZnS材料的发光机理,到目前为止还没有一个统一的模型来解释它的所有发光现象。因为纳米粒子的能级结构比体晶材料更为复杂,而且还与粒子尺寸、掺杂浓度、本征和杂质缺陷密切相关。有
7、文献报道,当微粒尺寸减小到纳米级,能带分裂为能级,而且禁带宽度随尺寸的减小而增加[224]。笔者认为,本实验在纳米ZnS∶Cu的发射光谱中观察到的位于绿色发光带(λ=516nm)的主发射峰,可以用晶体场理论来解释。晶体场理论认为[5],轨道在晶体场作用下产生能级分裂,其中Cu+的3d电子能级劈裂成T2和E两个能级,纳米微粒在绿色发射带的发射峰一般认为是导带到T2能级的跃迁;而462nm的发射峰认为是E能级到激发态的跃迁,这里的激发态能级是浅施主和激子能级。把两者的发射光谱进行比较可看出,一是体材料的发光在长波
8、侧的发光有所增强,这主要是由于浅施主能级到Cu的3d电子的E能级的跃迁增强所致;二是ZnS∶Cu纳米微粒发射光谱的半宽度增加,这说明浅施主能级到T2受主能级的跃迁也有所增强,同时证明了Cu+的跃迁是浅施主能级上的电子和起受主作用的E能级上空穴复合的结果。图1纳米ZnS∶Cu和体相材料的发射光谱比较3.2光吸收特性利用ShimadzuUV22201紫外可见分光光度计测量了样品的紫外吸收光谱,通过吸收光
