ZnS及其摻雜量子點(diǎn)的制備與熒光性能研究.pdf

1、近年來(lái)，半導(dǎo)體量子點(diǎn)由于其獨(dú)特的性質(zhì)越來(lái)越受到人們的重視，已成為一門(mén)新興的交叉學(xué)科，其研究?jī)?nèi)容涉及物理、化學(xué)、材料、生物等多學(xué)科，研究重點(diǎn)也由當(dāng)初的量子點(diǎn)材料的制備和基本性能轉(zhuǎn)移到功能應(yīng)用方面。本文針對(duì)硫化鋅和摻雜型硫化鋅量子點(diǎn)的制備和光譜性能開(kāi)展研究，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下： (1)采用水相共沉淀法制備ZnS量子點(diǎn)，X射線(xiàn)衍射分析和透射電鏡測(cè)試表明樣品為閃鋅礦結(jié)構(gòu)、直徑3～4nm的球形ZnS顆粒。熒光試發(fā)現(xiàn)，隨激發(fā)峰波長(zhǎng)從33

2、0nm增加到380nm，樣品的發(fā)射譜最大值從430nm移到485nm處，發(fā)光顏色也由藍(lán)色變?yōu)榘咨?。高斯擬合表明發(fā)射譜由峰值分別在416nm,460nm和505nm的三個(gè)峰疊加而成。經(jīng)熒光光譜研究，表面態(tài)吸收330nm的光后捕獲的光電子一部分輻射躍遷回價(jià)帶與空穴復(fù)合，發(fā)出約416nm的藍(lán)紫光：另一部分以非輻射弛豫的方式被S2-空位陷阱能級(jí)捕獲，然后向價(jià)帶和Zn2+空位缺陷能級(jí)躍遷，分別發(fā)出波長(zhǎng)為460nm和505nm的光。S2-空位則吸收

3、380nm左右的光產(chǎn)生460nm和505nm的發(fā)射。對(duì)于表面具有有機(jī)分子鏈配位的ZnS量子點(diǎn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)藍(lán)色發(fā)光，這是因?yàn)橛袡C(jī)分子鏈有效修飾了樣品的表面態(tài)，使表面態(tài)發(fā)光消失。 (2)分別用水相共沉淀法、水熱法和液體-固體-溶液法制備了三種粒徑不同的ZnS：Mn2+量子點(diǎn)。測(cè)試發(fā)現(xiàn)隨量子點(diǎn)顆粒增大，ZnS基質(zhì)和Mn2+的激發(fā)峰的位置分離得越明顯。我們認(rèn)為Mn2+與ZnS基質(zhì)間不存在能量傳遞過(guò)程。改變前驅(qū)體摩爾濃度比發(fā)現(xiàn)隨[S2-]/

4、[Zn2+]比值的增大，基質(zhì)發(fā)射峰消失而Mn2+發(fā)光的增強(qiáng)，這是因?yàn)檫^(guò)量的S2-吸附在樣品表面與Mn2+形成MnS薄層后包覆在樣品表面，一方面，減少了表面缺陷，使ZnS基質(zhì)表面缺陷態(tài)相關(guān)的發(fā)射減弱；另一方面，也修飾了表面無(wú)輻射躍遷通道，使激發(fā)能盡可能多地被Mn2+吸收，導(dǎo)致Mn2+發(fā)光的增強(qiáng)。 (3)用水相共沉淀法制備了Cu2+摻雜和Cu2+，M(M=F或Ce3+)共摻雜的ZnS量子點(diǎn)。討論了ZnS：Cu2+量子點(diǎn)的熒光發(fā)射機(jī)理

5、、Cu2+摻雜濃度及F-和Ce3+的摻入對(duì)樣品熒光光譜的影響。光譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)ZnS：Cu量子點(diǎn)發(fā)射譜峰分別在460nm和490nm處。這兩個(gè)峰分別來(lái)自基質(zhì)中深施主和淺施主能級(jí)和Cu離子t能級(jí)間電子躍遷引起的發(fā)射。F-作為Cu的敏化離子，替代S2-形成正電中心Fs*，導(dǎo)致激發(fā)能就可能在FS*和F之間發(fā)生無(wú)輻射傳遞，熒光減弱。共激活劑Ce3+置換晶格中的Zn2+，在導(dǎo)帶底的下邊形成正電中心，與Cu+形成的負(fù)電中心形成施主-受主對(duì)，使發(fā)光增強(qiáng)。