核壳结构掺杂ZnS纳米颗粒团簇的制备与光谱学性能研究

【摘要】掺杂型ZnS纳米材料是一种重要的半导体纳米发光材料,具有许多优异的光电性能,在发光二极管(LEDs),平板显示,近红外窗口,传感器,激光器和生物标记等领域具有重大和潜在的应用前景。纳米发光材料由于存在大量的表面态而引起荧光猝灭,通过表面修饰(修饰剂包或核壳结构)可以有效改善纳米颗粒的发光性能。本论文研究制备了不同表面修饰剂包覆的ZnS及其掺杂纳米颗粒,不同核壳结构的Mn掺杂ZnS(ZnS:Mn)纳米颗粒团簇及Cu掺杂ZnS(ZnS:Cu)纳米颗粒团簇,应用X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、漫反射光谱(DRS)及光致发光谱(PL)等测试手段,研究了样品的物相、微观形貌和发光性能。主要研究结果如下：(1)以ODA为修饰剂制备了ZnS、ZnS:Mn和ZnS:Cu纳米颗粒,颗粒分散较均匀,没有明显团聚。ZnS纳米颗粒发射的423nm左右蓝光源自于电子由浅施主能级向由Zn空位形成的深受主能级跃迁辐射；ZnS:Cu纳米颗粒发射绿色发光带,表明Cu2+已经进入到ZnS基质中；而ZnS:Mn纳米颗粒仅产生与ZnS基质相关的蓝色发光带,没有观察到与Mn2+离子相关的橙色发光。(2)合成过程中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、三聚磷酸钠(STPP)、3-巯基丙酸(MPA)和巯基乙酸(TGA)等表面修饰剂的引入无法制备单分散的ZnS纳米颗粒,只是形成了ZnS纳米颗粒的团聚体,ZnS纳米颗粒团聚体发射与缺陷(S空位或Zn空位)相关的蓝光。(3)采用共沉淀法制备了三种不同结构的Mn掺杂ZnS纳米颗粒团簇：①无壳层结构的ZnS:Mn;②Zn/ZnS:Mn核壳结构；③ZnS:Mn/ZnS核壳结构。在这三种纳米团簇中,相同掺杂浓度时,ZnS/ZnS:Mn核壳结构的发光强度最高,其原因是在ZnS/ZnS:Mn核壳结构中,敏化剂(ZnS)和激活剂(Mn2+)分别局限于核与壳层中,并且在合适的平均路径距离里,S空位可以作为迁移媒介来传递能量,使其具有最高的能量传递效率和最强的Mn2+离子相关的橙光发射。(4)采用共沉淀法制备了由3-5nm的纳米颗粒形成的Cu掺杂ZnS纳米颗粒团簇。在无壳层的ZnS:Cu纳米颗粒团簇中,随着Cu离子浓度的增加,发射带向低能量方向移动,且在575nm附近出现了一个相对较弱的发射肩峰。ZnS:Cu/ZnS核壳结构纳米颗粒团簇中,随着Cu2+离子浓度的增加,发射带也有向低能量方向移动的趋势,但是与ZnS:Cu纳米颗粒团簇相比,发射带红移的比较缓慢。ZnS/ZnS:Cu核壳结构纳米颗粒团簇中,随着Cu2+离子浓度增加,发射带变宽并向绿光发射带移动。
【作者】宋春艳；
【导师】樊先平；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】核壳结构；纳米颗粒团簇；ZnS:Mn；ZnS:Cu；发光；

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