稀土/ZnO复合材料制备及发光特性研究
发布时间：2021-04-13 21:30
本论文采用软模板法制备了ZnO和Gd2O3@ZnO前驱体,再利用水热法制备出三种稀土掺杂的ZnO复合材料,探讨了稀土离子浓度、水热温度和水热时间对材料发光性能和微观形貌的影响,确定了样品的最佳合成条件。具体内容如下:以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,通过软模板法制备了有序介孔氧化锌前驱体,以Eu3+为发光中心离子,磺基水杨酸为有机配体,采用水热法制备出有序介孔Eu3+/ZnO发光材料,该材料呈现出规则的菊花状形貌。随着Eu3+浓度的增加荧光强度也会增加,在Eu3+浓度16%时达到最强,确定的最佳水热温度为180℃,水热时间为16 h。当使用394 nm的激发光去激发样品时,最强发射峰位于590 nm,而不是位于Eu3+常规的615 nm处;当使用359 nm的激发光去激发样品时,最强发射峰位于417 nm,远远强于常规氧化锌的发射强度。以十二烷基硫酸钠为模板剂,通过软模板法制备了有序多孔氧化锌前驱体,以Eu3+为发...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
有序介孔材料M41S家族的结构示意图
第1章绪论19nm之间。这些纳米结构是开发电致发光器件、光开关系统、光伏电池和生物医学纳米探针的有力工具。量子点的发现归功于俄罗斯物理学家AlexeiEkimov，他在1981年首次在玻璃基质中合成了CuCl2半导体微晶[49]。另一位重要的俄国科学家是AlexanderEfros，他建立了量子力学的第一个理论：量子力学理论，他通过电子约束理论解释了这类特殊半导体的光学机制，量子点的荧光产生于激发电子的电子-空穴复合，电子-空穴复合后被激发到CB并返回到VB[50]。由于量子限域效应，纳米晶将出现能级离散化和带隙能与它们的大小成反比的情况，如图1.2(a)所示。因此，量子限域效应直接影响着量子点的光学性质，提供了发射带大小的可调性，例如图1.2(b)所示的是不同大小的CdTe量子点的肉眼所见荧光。QDs发射波长也与带隙能值成反比：即带隙能值越高，发射波长越短。此外，因为它们的尺寸减小导致量子点具有高表面积，这也导致了大量的表面缺陷，影响了它们的光致发光性能。因此，为了减少非辐射复合位点，纳米晶体通常被涂上第二相半导体层，这第二层半导体层通常具有更宽的带隙能，目的是使材料的表面钝化，提高发光效率，并形成核/壳结构（图1.2(c)所示）。典型纳米晶体的透射电镜图像如图1.2(d)所示[51]。图1.2(a)量子限制效应原理图；(b)CdTe量子点尺寸可协调发射；(c)量子点虚拟核/壳结构在生物上的应用模型图；(d)纳米晶的TEM照片2)掺杂离子金属氧化物半导体材料在室温下的载流子浓度低，电阻率高，带隙为2eV~3eV或更大。当金属氧化物与给体或受体结合时可以增强半导体的特性。如果其带隙大于
第3章菊花状有序介孔Eu3+/ZnO复合材料制备及发光特性研究26在本章中，通过软模板方法先合成有序介孔ZnO前驱体材料(OMZ)，然后利用水热法将Eu3+掺入OMZ基质中，获得了一种具有优异的光致发光特性的菊花状Eu3+/ZnO复合材料。铕掺杂到氧化锌晶格中，主晶格通过捕获氧空位和储能中心共振将能量转移到Eu3+离子发光中心，使有序介孔Eu3+/ZnO复合材料具有更好的发光性能。本研究系统地探索了合成条件对Eu3+/ZnO复合材料形貌和发光性能的影响，并制备了一种独特的菊花状Eu3+/ZnO复合材料，颗粒表面具有有序的介孔结构。它为ZnO复合材料的形貌控制提供了一条路径。所制备的复合材料最强发射峰并没有位于Eu3+最典型的发射位置(615nm)，而是在590nm处显示出最强的发射峰，同时该材料出现了更强的ZnO特征发射。该研究为稀土掺杂ZnO材料的能量转移过程提供了理论基矗3.2菊花状有序介孔Eu3+/ZnO复合材料制备3.2.1有序介孔ZnO的制备将1.0g的CTAB加入480mL去离子水中并保持在80oC下搅拌，当溶液变得澄清时，加入3.5mL2M的NaOH溶液，并将4.92gZn(Ac)2·2H2O溶解于其中，继续搅拌1h。用LiOH调节pH=9~10，再继续搅拌1h。将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇分别洗涤三次，并在70oC下干燥得到粉末样品。将样品在550oC下煅烧4h，得到有序介孔氧化锌纳米粉末，为了下文叙述方便，将其标记为OMZ。3.2.2Eu3+/ZnO复合材料的制备图3.1Eu3+/ZnO复合材料合成过程流程图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Upconversion Photoluminescence and Energy Transfer Mechanism of a Novel Terbium-mercury Compound[J]. 林维晟,匡汉茂,罗辉,陈文通. Chinese Journal of Structural Chemistry. 2019(06)
[2]Enhancement of the up-conversion luminescence of ZnO:Yb3+/Er3+ by photonic crystals[J]. 张晓慧,张海明,李育洁. Optoelectronics Letters. 2019(03)
[3]铕复合柔性发光薄膜的制备与光谱性能研究[J]. 张旻澍,谢安,朱冬. 中国稀土学报. 2019(02)
[4]实现基于缺陷能级稀土双掺氧化锌上转换发光（英文）[J]. 李月梅,李永梅,王锐,徐衍岭. Science China Materials. 2017(12)
[5]Tm3+/Yb3+共掺氟氧化物碲酸盐玻璃的上转换发光及光学温度传感[J]. 吴中立,吴红梅,唐立丹,李煜,郭宇,姚震. 光子学报. 2017(09)
[6]One-pot synthesis and optical properties of In-and Sn-doped ZnO nanoparticles[J]. Li-ping Wang,Fu Zhang,Shuai Chen,Zi-heng Bai. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(04)
[7]3,4-噻吩二羧酸、1,10-邻菲罗啉与稀土配合物的荧光性质及对硝基苯的检测[J]. 李睿,樊婷婷,屈相龙,董高云,李佳佳,李夏,宋雨欣,赵鑫萌,李想. 光谱学与光谱分析. 2016(08)
本文编号：3136038
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
有序介孔材料M41S家族的结构示意图
第1章绪论19nm之间。这些纳米结构是开发电致发光器件、光开关系统、光伏电池和生物医学纳米探针的有力工具。量子点的发现归功于俄罗斯物理学家AlexeiEkimov，他在1981年首次在玻璃基质中合成了CuCl2半导体微晶[49]。另一位重要的俄国科学家是AlexanderEfros，他建立了量子力学的第一个理论：量子力学理论，他通过电子约束理论解释了这类特殊半导体的光学机制，量子点的荧光产生于激发电子的电子-空穴复合，电子-空穴复合后被激发到CB并返回到VB[50]。由于量子限域效应，纳米晶将出现能级离散化和带隙能与它们的大小成反比的情况，如图1.2(a)所示。因此，量子限域效应直接影响着量子点的光学性质，提供了发射带大小的可调性，例如图1.2(b)所示的是不同大小的CdTe量子点的肉眼所见荧光。QDs发射波长也与带隙能值成反比：即带隙能值越高，发射波长越短。此外，因为它们的尺寸减小导致量子点具有高表面积，这也导致了大量的表面缺陷，影响了它们的光致发光性能。因此，为了减少非辐射复合位点，纳米晶体通常被涂上第二相半导体层，这第二层半导体层通常具有更宽的带隙能，目的是使材料的表面钝化，提高发光效率，并形成核/壳结构（图1.2(c)所示）。典型纳米晶体的透射电镜图像如图1.2(d)所示[51]。图1.2(a)量子限制效应原理图；(b)CdTe量子点尺寸可协调发射；(c)量子点虚拟核/壳结构在生物上的应用模型图；(d)纳米晶的TEM照片2)掺杂离子金属氧化物半导体材料在室温下的载流子浓度低，电阻率高，带隙为2eV~3eV或更大。当金属氧化物与给体或受体结合时可以增强半导体的特性。如果其带隙大于
第3章菊花状有序介孔Eu3+/ZnO复合材料制备及发光特性研究26在本章中，通过软模板方法先合成有序介孔ZnO前驱体材料(OMZ)，然后利用水热法将Eu3+掺入OMZ基质中，获得了一种具有优异的光致发光特性的菊花状Eu3+/ZnO复合材料。铕掺杂到氧化锌晶格中，主晶格通过捕获氧空位和储能中心共振将能量转移到Eu3+离子发光中心，使有序介孔Eu3+/ZnO复合材料具有更好的发光性能。本研究系统地探索了合成条件对Eu3+/ZnO复合材料形貌和发光性能的影响，并制备了一种独特的菊花状Eu3+/ZnO复合材料，颗粒表面具有有序的介孔结构。它为ZnO复合材料的形貌控制提供了一条路径。所制备的复合材料最强发射峰并没有位于Eu3+最典型的发射位置(615nm)，而是在590nm处显示出最强的发射峰，同时该材料出现了更强的ZnO特征发射。该研究为稀土掺杂ZnO材料的能量转移过程提供了理论基矗3.2菊花状有序介孔Eu3+/ZnO复合材料制备3.2.1有序介孔ZnO的制备将1.0g的CTAB加入480mL去离子水中并保持在80oC下搅拌，当溶液变得澄清时，加入3.5mL2M的NaOH溶液，并将4.92gZn(Ac)2·2H2O溶解于其中，继续搅拌1h。用LiOH调节pH=9~10，再继续搅拌1h。将沉淀物过滤，用去离子水和乙醇分别洗涤三次，并在70oC下干燥得到粉末样品。将样品在550oC下煅烧4h，得到有序介孔氧化锌纳米粉末，为了下文叙述方便，将其标记为OMZ。3.2.2Eu3+/ZnO复合材料的制备图3.1Eu3+/ZnO复合材料合成过程流程图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Upconversion Photoluminescence and Energy Transfer Mechanism of a Novel Terbium-mercury Compound[J]. 林维晟,匡汉茂,罗辉,陈文通. Chinese Journal of Structural Chemistry. 2019(06)
[2]Enhancement of the up-conversion luminescence of ZnO:Yb3+/Er3+ by photonic crystals[J]. 张晓慧,张海明,李育洁. Optoelectronics Letters. 2019(03)
[3]铕复合柔性发光薄膜的制备与光谱性能研究[J]. 张旻澍,谢安,朱冬. 中国稀土学报. 2019(02)
[4]实现基于缺陷能级稀土双掺氧化锌上转换发光（英文）[J]. 李月梅,李永梅,王锐,徐衍岭. Science China Materials. 2017(12)
[5]Tm3+/Yb3+共掺氟氧化物碲酸盐玻璃的上转换发光及光学温度传感[J]. 吴中立,吴红梅,唐立丹,李煜,郭宇,姚震. 光子学报. 2017(09)
[6]One-pot synthesis and optical properties of In-and Sn-doped ZnO nanoparticles[J]. Li-ping Wang,Fu Zhang,Shuai Chen,Zi-heng Bai. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(04)
[7]3,4-噻吩二羧酸、1,10-邻菲罗啉与稀土配合物的荧光性质及对硝基苯的检测[J]. 李睿,樊婷婷,屈相龙,董高云,李佳佳,李夏,宋雨欣,赵鑫萌,李想. 光谱学与光谱分析. 2016(08)
本文编号：3136038
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