纳米硫化锌光材料的制备与发光性能研究.pdfVIP

中 文 摘 要 本论文土要涉及Zns纳米发光材料的制备及其荧光性能的研究。采用水热法和低7m 固相法制备Z11S纳米荧光材料，结合XRD,TEM,SEM,UV-Vis,PL等测试表征手段 对纳米荧光粉的物相、结构、形貌以及光谱性能进行了表征与分析，并与沉淀法、高imll 固相法进行比较。 水热法所制得的ZnS:Mn纳米发光材料具有结晶好、粒径小、单分散等优点。由SEM, PL等观察到表面活性剂的浓度对粒子的形貌和粒径有着很大的影响，同时也导致发光强 度不同。随着表面活性剂 (C16TAB)浓度的增加，表面活性剂所形成得胶束的数目越来 越多，胶束的半径越来越小，所以ZnS粒径逐渐变小，最终由微米级变为纳米级。由放 大的SEM图和XRD图表明硫化锌微米球也是由许多纳米球均匀聚集而成，但聚集后的 微米球如此的均匀比较罕见。同时，随着表面活性剂浓度的增大，粒子的分散性也越来 越好。这是由于表面活性及浓度增大后，ZnS微粒聚集的空间位阻作用增大所致。当表 面活性剂增加到一定程度时，粒径和分散程度的变化不再明显。因为表面活性剂存在一 个稳定的范围。水热法ZnS:Mn纳米发光材料激发峰明显蓝移并发生了分裂现象，发射 峰发生了红移现象。引起激发光谱分裂的原因可能是晶体中微量杂质可以在硫化锌中产 生新的能级而导致光谱分裂;粒径减小使硫化锌纳米晶中电子一空穴对变成分立的能级 等。ZnS:Mn的发光主要是M矛+的4-r产A，跃迁的结果。其特征发光峰位置一般 左右。由于纳米微晶中量子限域效应的增强，导致了Mn,ZnS的sp轨道与掺杂过渡金属 的d轨道杂化效应增强。根据过渡金属离子Tanabe-Sugano晶场理论，M矿十第一激发态 甘1能量随着晶场强度增加而下降，而Mn2-基态6Ai基本不随晶场的变化而变化。因而 4T。和6A、间隙减少，造成了发射红移。 本实验还采用了低温固相法合成纳米ZnS:Mn和ZnS:Cu发光材料。利用金属醋酸盐 和硫化钠在玛瑙研钵中经过研磨而促使反应进行，发生复杂的物理化学变化，其理化性 能也发生相应的改变，在低温下即可以制备出较强荧光的纳米材料。与传统的高温固相 法相比具有产率高，操作简单，绿色环保等显著优点，由于低温且不需要氮气保护，大 大简化了合成工艺条件，节约了能源也具有安全环保的优点。荧光光谱表明:由于量子 尺寸效)V,,纳米材料的激发峰和发射峰与体材料明显不1司。研究证明低温固相法确实使 锰离子进入硫化悴晶格，形成发光中心;所制的样品具有粒径小，分散好等优点:热处 理过程中，温度过高容易使硫化物氧化成为氧化物而降低荧光强度:同时，荧光光谱测 试结果表明，锰离子的能级跃迁表现出在600nm(T,-6A，的能级跃迁)左右的强橙红光 荧光性能。对于其发光机理给与了初步的解释。Cue在ZnS基质中的发光是山于在ZnS 带隙中存在从ZnS导带到Cue(d9)的t2激发态能级的能量转换，这种转换与Cu十“的位 置有关。采用低温固相法制得的ZnS:Cu21纳米发光材料有两个激发和发射峰。当用330nm 波长的紫外光激发时，发射主峰位于527nm，次发射峰位于485nm;当用波长为385nm 的紫外光激发时，发射主峰位于485nm，次发射峰位于527nm。说明所制备的ZnS:Cu2 有两个不同的发光中心。Zns:Cu2中一部分C了+在ZnS晶格中取代Zn2+的位置(绿光)， 另一部分Cue,在ZnS中位于间隙位置(蓝光)。当Cu2+在ZnS中位于间隙位置时所发的 光为基质的发光。 本文研究了纳米发光材料的荧光性能与制备工艺过程中各种因素的关系(研磨时间、 烘干温度、洗涤方式等)。确定纳米荧光粉的最佳组分以及最佳合成工艺条件。 关键词:水热法、低温固相法、纳米、光致发光、Zns Abstract ZnSluminescencenano-materialsarepreparedbyhydrothermalsynthesisandsolid-state methodatlowtemperature,characterizedthephase,morphologyandstructureoftheparticles withsomemethod,suchasXRD,TEM,SEM,UV-Vis,PLandsoonandcomparedwiththat ofproductsofwhichwerepreparedbyhightemperature