稀土离子包覆氧化锌量子点的发光性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:yangqimeng2008
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纳米氧化锌(Zn0)材料因具备量子局限等效应,在光学、电学方面都表现出很多令人感兴趣的特性。通过将稀土离子包覆到ZnO量子点表面,既可以对ZnO表面改性,又能实现稀土离子和ZnO基质间的能量传递,从而得到更加优异的发光性能,对半导体光电子行业的发展有重要的研究意义。本论文主要通过直接沉淀法制备了稀土离子包覆的ZnO量子点。并利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及荧光分光光度计等对样品的结构、形貌及发光性能进行了分析。主要结论有:(1)通过直接沉淀法,制备了Eu、Dy包覆的ZnO量子点。得到的样品粒度分布比较均匀,粒径在30-50nm,制备的稀土离子包覆的ZnO量子点与相同制备过程得到的纯ZnO相比,具有粒度小、分布均匀和分散程度高的特点。所有样品的XRD图谱和ZnO的标准卡片基本一致,说明稀土离子的加入并没有改变ZnO的晶体结构,加入的稀土离子最有可能以化合物的形成包覆在ZnO表面。在325nm的光激发下,样品的发射峰主要由ZnO的带边发射和稀土离子的特征发射组成。特征发射包括Eu3+离子典型的5D→7F1。(593nm)、5D0→7F2(612nm)跃迁发射,和Dy3+离子的4F9/2→6H15/2(484nm)、4F9/2(575nm)跃迁发射。这些峰的强度受包覆的稀土离子的浓度影响,浓度过高或过低都会降低稀土离子特征发射的强度,以Eu包覆的ZnO量子点为例,最佳包覆浓度为8mol%。在Eu、Dy共包覆时,既有Eu3+离子的特征发射,又有Dy3+离子的特征发射,可以通过调整共掺时Eu、Dy的比例得到白光发射。分析发光图谱可知,ZnO和稀土离子之间存在能量传递。(2)通过比较实验过程中有无添加乙酰丙酮的样品的结构、发光性能,研究了乙酰丙酮在稀土离子和基质ZnO之间能量传递过程中所起的作用。所有样品的XRD图谱和ZnO的标准卡片基本一致,表明有无添加乙酰丙酮,稀土离子的加入都不会改变ZnO的晶型结构。将两种样品在600℃退火2小时后,XRD图谱上均出现了Eu2O3的晶面特征衍射峰,比较后发现两种样品中的Eu离子含量基本相同。添加了乙酰丙酮的样品,在325nm光激发下,在光致发光谱(PL)上不但有ZnO的带边发射,而且有Eu3+离子的特征发射,其中以5D0→7F2(612nm)发射最强。没有添加乙酰丙酮的样品,在325nm光激发后,PL谱上有ZnO紫外发射的同时,还观察到ZnO的可见光发射,但没有Eu3+离子的红光发射。说明乙酰丙酮在稀土离子与基质ZnO间能量传递过程中和在ZnO表面改性中起到关键性作用。存在Eu3+离子特征发射的样品在600℃退火2小时后,PL谱上Eu3+离子的特征发射峰消失不见,这是因为在高温下,乙酰丙酮分解,使得Eu3+离子和ZnO间的能量传递消失或减弱,进一步说明了乙酰丙酮在稀土离子和基质ZnO间能量传递过程中起到的关键性作用。
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