cu掺杂量对zno∶cu纳米粉体发光性能的影响

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1、第33卷第1O期西安工业大学学报Vo1．33No．102013年1O月JournalofXi’anTechnologicalUniversity0ct．2013文章编号：1673—9965(2013)10—836—04Cu掺杂量对ZnO：Cu纳米粉体发光性能的影响单民瑜，陈卫星，张文治(西安工业大学材料与化工学院，西安710021)摘要：为了考察Cu掺杂量对产物发光性能的影响，本文在PVA溶液中制备出Cu掺杂ZnO纳米粉体的前驱体，经500℃煅烧3h获得ZnO：Cu纳米粉体．利用XRD、TEM分析了产物的结构和形貌，并采用FS分析了Cu掺杂量对

2、产物发光性能的影响．研究结果表明所制备的产物具有六角纤锌矿结构，Cu的掺杂量不高于3：100(摩尔比)时不影响产物的晶体结构；制得的粉体呈球形，大小均匀，分散性好，平均粒径为20~25nm．在以325nm波长激发的室温PL光谱中可以观察到Cu掺杂显著地抑制了本征态ZnO粉体的带边发射，随着Cu的掺杂量的增加，在400~428nm范围内出现较弱的蓝紫光发射，发射峰出现红移，且发射强度下降；在458nm和486nm处出现较强的蓝光发射，其中458131"13．的蓝光发射尤力显著，发射强度随着Cu的掺杂量的增加而下降；由于Cu的掺杂也导致520nm处

3、的绿光发射减弱．关键词：氧化锌；掺杂量；光致发光；聚乙烯醇中图号：S482．31文献标志码：AZno是一种直接带隙宽禁带Ⅱ一Ⅵ族化合物半呈现出丰富的形态结构；如纳米线、纳米棒、纳米导体材料，其常见的稳定态为六角形纤锌矿晶体结带、纳米膜等．纳米ZnO的性能很大程度上取决于构，室温下禁带宽度为3．37eV，激子束缚能高达产品的化学组成、形状、颗粒大小、内外表面积等．60meV，高于室温热离化能26meV，它具有受激发球形纳米粉体具有大的比表面积，最容易吸收外来射阈值低、光增益大的特点，与其他几种常见的宽的激发光，同时可以获得较高的堆积密度，对自身禁

4、带材料的激子束缚能相比，ZnO更加适合用于发出的光在各个方向的发射作用也最强，从而减少室温或更高温度下紫外光发射E，因此ZnO基激荧光粉的光散射，有利于发光强度的提高．但由于光器件受到了广泛的关注．而经过掺杂其他元素能纳米粉体具有极高的表面能，容易发生团聚，这使够引起ZnO晶体的能带结构的改变，进而改变得制备球形形貌的ZnO比较困难。针对这一问ZnO的光学、电学和磁学性质，使掺杂ZnO具有不题，可利用PVA分子链上的羟基与锌离子之间发同于本征ZnO的新特性_5]．其中Cu掺杂ZnO，由生络合反应，形成纳米至微米级的网络空间，再通于在能带中引入新

5、的施主和受主能级，使得ZnO过加入氨水，以OH一进行离子置换反应，最后通的紫外发射强度受到极大的抑制，而在可见光区域过煅烧制备出Cu掺杂的ZnO纳米粉体．由于在网会产生新的发射峰_7j．格中生成的ZnO纳米微粒受到空间网链的限制，纳米ZnO材料的制备方法多种多样，包括沉从而提高了其分散稳定性。本文主要对制备的Cu淀法引、水热法L1o]、化学气相沉积法[n]、自组装掺杂ZnO纳米粉体的形貌和结构进行了表征，并法【1。等．这使得纳米ZnO材料因制备方法不同而讨论了Cu掺杂量对其光致发光性能的影响．*收稿日期：2012—12—26基金资助：西安应用材

6、料创新基金(XA—AM一200912)；国家自然科学基金项目(51303147)作者简介：单民瑜(1968一)，女，西安工业大学副教授，主要研究方向为纳米发光材料的制备、分析和检测．E-mail：shanminyu@sina．coil％第1O期单民瑜，等：Cu掺杂量对ZnO：Cu纳米粉体发光性能的影响837衍射峰位与JCPDS卡标准值(JCPDS36—1451)完1实验部分全符合，表明所制备的ZnO粉体具有六方纤锌矿1．1原材料晶体结构，其对应的衍射晶面分别为(100)、(002)、(101)；由于掺杂的铜含量较低，并且Cu离子半径试剂采用聚乙

7、烯醇(PVA，醇解度97，平均与Zn离子半径十分接近，所以没有出现与铜或氧聚合度1750±50，化学纯)；乙酸锌(Zn化铜相关的第二相，即Cu的掺杂没有改变ZnO(CH。COO)2·2H2O，分析纯)；硫酸铜(CuSS·的纤锌矿结构，Cu是以取代格点位置的Zn掺人到5H2O，分析纯)；氨水(含量25～28)；无水乙ZnO晶体中．另外也没有大分子PVA及其不完全醇(分析纯)；实验用水全部为去离子水．分解产物的衍射峰，说明在500℃煅烧处理可使1．2Cu掺杂ZnO纳米粉体的制备PVA完全分解．同时我们从图中也观察到，各样品将PVA加入到去离子水中，

8、于9O℃水浴中的三个主要衍射峰都比较尖锐，表明晶体具有较高加热并进行磁力搅拌，直至PVA完全溶解，配制的结晶度，其中当掺杂量为100：1和100：3时