论文部分内容阅读
ZnS纳米半导体为直接带隙半导体,其带隙(3.67eV)远宽于体相材料,且由于其较高的红外波段透过率、优异的光催化性能、窄的荧光发射带、低毒性及较高的耐磨性及遮光系数等性质,在生物、医学、传感器、探测器等领域都具备广阔的应用前景。本文首先以水热法合成了ZnS纳米粉体,探究了反应温度、保温时间及原料配比等制备工艺对其结构、形貌及发光性能的影响,然后再以其为基质,分别制备了不同表面活性剂、过渡族金属及稀土离子掺杂下的ZnS纳米粉体,研究了它们对样品的结构、形貌及发光性能的影响,并进一步系统地讨论了其发光机制。制备了不同反应温度下的ZnS纳米粉体。测试结果表明,当水热温度升高后,样品的平均颗粒粒径降低但是分散性有所提高,且样品都为近球形;另一方面样品都可以观察到从400 nm到600 nm的宽的发射带,随着水热温度的升高,发射峰从445 nm红移到460 nm,发射强度增加了4.4倍。制备了不同保温时间下的ZnS纳米粉体。测试结果表明,样品的平均粒径在1519 nm范围内,随保温时间的增加而略有增加,且样品都为近球形;随着保温时间的延长,发射峰从457 nm红移到464 nm,且发射强度略微增强。制备了不同S/Zn比例下的ZnS纳米粉体。测试结果表明,随着S/Zn摩尔比的增加,平均粒径随之增大且分散性随之增强。当S/Zn摩尔比小于或等于1时,观察到从400 nm到600 nm的发射中心位于450 nm处的宽发射带,当S/Zn摩尔比继续增加时,发射峰从450 nm红移到540 nm。制备了不同表面活性剂添加下的ZnS纳米粉体。测试结果表明,所有表面活性剂的加入都未改变ZnS颗粒的形状,其仍保留近球形,但对其颗粒大小和分散程度造成略微的影响。随着PEG-2000和CTAB的加入,发射强度得到增强;而随着SDS的加入,发射强度略微降低。制备了不同浓度CTAB添加下的ZnS纳米粉体。测试结果表明,不同浓度CTAB的加入不改变ZnS纳米颗粒的相结构但降低了其晶粒大小,所有样品均为闪锌矿结构。然而,在制备过程中加入适量的CTAB,大大提高了发射性能。制备的ZnS纳米粒子具有以457 nm为中心的宽发射光谱,半峰宽(FWHM)为113 nm,粒径为10-12 nm,在纳米光电子领域具有潜在的应用前景。制备了Ni2+掺杂下的ZnS纳米粉体。测试结果表明,少量的Ni2+掺杂对ZnS纳米粉体的生长影响不大。但Ni2+掺杂强烈地影响ZnS纳米粉体的光学性能。ZnS纳米粉体的发射峰随Ni2+含量的增加而发生蓝移。在600 oC的低温下(相对于1020 oC),闪锌矿相就已经转变为纤锌矿相。退火行为使ZnS粉体粒径由20 nm变为1μm,退火后样品出现了3个新的发射峰,分别位于490nm、547 nm和580 nm处。制备了Er3+、Yb3+共掺杂下的ZnS纳米粉体。测试结果表明,水热法制备的样品未表现出明显的Er3+的特征发光峰;而采用固相法制备且引入NaF后,可观察到显著的Er的特征发光峰。引入NaF后未改变ZnS的晶相,在373 nm激发下,观察到位于500 nm的宽发射带及在525 nm处的微弱发射峰;在980nm激发光激发下可以观察到以大约567 nm为中心的相对较弱的发射带和位于663 nm处的强且尖锐的发射带,上转换发射强度为未引入样品的17倍。此外,进一步地研究了不同种类金属离子掺杂对其发光性能的影响,发现在Na+的引入下可见发射强度最大,在Li+的引入下上转换发射强度最大,为原来的25.6倍。