ZnS及其掺杂低维纳米材料的制备与其光学性质的研究

发布时间：2018-02-24 01:33

  本文关键词： ZnS纳米材料 元素掺杂 ZnS:Al一维纳米结构 尺寸结构控制 光学特性分析　出处：《扬州大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：ZnS作为一种重要的宽禁带直接带隙的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,禁带宽度为3.7eV,具有优异的光学及电学等方面的性能,在电子、化工、航空、国防等各个领域都有着重要运用。对于ZnS纳米材料,其尺寸大小的调控、不同形貌结构的生长机理、元素掺杂,以及这些方面对ZnS材料各方面性质的影响,一直是业界经久不衰的研究热点。在本文中,我们制备了不同尺寸形貌的ZnS纳米材料,也对ZnS纳米材料进行了元素掺杂,并合成了ZnS:Al的一维纳米结构,对其各方面的性能进行了测试和分析,具体的内容如下：1.采用水热法,制备了不同尺寸大小的ZnS纳米颗粒及纳米棒样品。SEM、TEM. HRTEM及XPD测试结果表明,ZnS纳米颗粒的尺寸大小为5-30nm,为立方闪锌矿结构。ZnS纳米棒的长度为100～200纳米,直径为几十纳米,为六方纤锌矿结构且沿着[0001]方向生长。在小尺寸的ZnS纳米颗粒和ZnS纳米棒中,观察到了随机分布的堆积层错(SFs)和孪晶结构。通过对拉曼光谱的研究分析,我们得到一些有趣的现象。在ZnS颗粒样品中,尺寸从5nm增大到15nm时,1LO峰发生6cm-1的蓝移,而尺寸从15nm到30nm时,由于样品本身的缺陷的影响,1LO峰没发生移动。与ZnS纳米颗粒对比,由于声子限制效应,ZnS纳米棒样品的LO峰和SO峰分别有着2-4 cm-1和2-8 cm-1的蓝移。2.采用水热法,制备了Er掺杂的ZnS颗粒样品,XDR分析显示样品为立方相结构并且具有很好的结晶性,通过谢乐公式的计算分析,ZnS:Er颗粒的尺寸随着Er掺杂量的增加呈现出一个先减小然后增大然后继续减小的变化曲线,这个变化关系由两方面因素协调同作用引起,一方面,掺杂Er原子的原子尺寸较大致使晶格增大,另一方面Er3+离子会加强阴阳离子之间的相互作用,这导致ZnS晶格的收缩。SEM分析表明我们所制备的样品为球形颗粒而且尺寸比较均匀。从紫外吸收谱中,我们不仅得到ZnS的吸收峰也观察到了Er3+离子的吸收峰,Er3+的吸收峰随着Er掺杂浓度的增加而加强,这表明了ZnS样品中掺入了Er3+离子。通过光致发光谱的拟合分析我们得到了520nm和556nm左右的两个发光峰,分别来自于表面态和Er3+自身能级的跃迁。从拉曼光谱中我们观察到了1LO、1TO、 2LO、2TO以及一些多声子过程,并且出现了与晶格应变有关的红移现象,此外还发现随着样品尺寸减小,激子声子耦合强度加强。顺磁共振分析显示所有样品都出现了超精细结构,更进一步证实Er3+已经离子掺入到ZnS中。3.通过热蒸发(CVD)的方法制备出了不同形貌的ZnS:Al一维纳米材料样品。生长过程中原材料与基片之间的距离对材料的形貌有着重要的影响,SEM显示样品主要有两种形貌,XRD显示ZnS:Al纳米材料为六方相和立方相的混合结构且存在Au、Al的成分。拉曼光谱的分析显示,带有“毛刺”状样品的表面声子峰SO的所占比例以及拉曼散射的整体强度都得到了一定的加强,这都归结于特殊的表面结构、巨大的比表面积和丰富的表面态。
[Abstract]:As an important wide band gap 鈪，

本文编号：1528384