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ZnS是具有最大直接带隙的Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物,在室温下的带隙能为3.66eV。ZnS由于它的电致发光和光致发光效率较高,是目前多色荧光粉的重要基质材料,因此在光致发光、电致发光、磷光体、传感器、红外窗口材料、光催化等许多领域有着广泛的用途。目前,ZnS纳米粉体的制备方法有:固相烧结法、化学气相沉积法、Sol-Gel法、水热合成法等,其中用水热法制备ZnS纳米粉体所得的粉体成分纯度高,粒度分布窄,团聚程度轻,晶粒组分和形态可控,烧结活性好,是一种很有前途的制备粉体的方法。
本文以Zn(O2C2H3)2、Na2S·9H2O、CuCl2为原料,CO(NH2)2、NaOH和KOH为矿化剂,利用水热法技术成功的制备出ZnS和ZnS:Cu纳米粉体。利用XRD、TEM、SAXS、UV-vis、PL等分析测试手段对所制得的ZnS和ZnS:Cu粉体的进行了分析。并详细研究了水热反应温度、反应时间、矿化剂的种类、矿化剂浓度对晶相组成及晶粒度的影响,对其光学性能和发光机理进行了初步探讨。
实验结果表明:本论文采用水热法在低温和较简单工艺条件下制备出了的球形ZnS纳米粒子和球形ZnS:Cu纳米粒子。TEM和XRD分析表明ZnS纳米粒子和ZnS:Cu纳米粒子平均粒径分别为12nm和15nm;制备的ZnS和ZnS:Cu纳米粒子结晶度好,颗粒分布均匀,没有任何杂相生成。紫外—可见光分析表明,ZnS和ZnS:Cu纳米粒子出现了明显的蓝移,展现了纳米材料的量子尺寸效应。由光致发光谱分析可知,ZnS:Cu纳米粒子表现出良好的光学性能。随着掺杂的铜离子增加ZnS:Cu纳米粒子的,绿光的发射峰向长波方向移动,当铜的掺杂量为2.0%(摩尔量)时,ZnS:Cu纳米粒子的发射峰减弱,其主要原因是掺杂的铜离子与硫生成了CuS。