ZnS量子點(diǎn)作為一種新型發(fā)光材料,因其獨(dú)特的光學(xué)特性和在眾多領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景而成為研究的熱點(diǎn)。適當(dāng)摻雜能使量子點(diǎn)光電性能明顯提高,從而拓展其應(yīng)用潛力。為了進(jìn)一步提高ZnS量子點(diǎn)的發(fā)光特性,本論文采用低溫固相法合成了Eu³⁺與鹵素離子以及O^2-與Br^-共摻的ZnS量子點(diǎn),并利用X射線粉末衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）、透射電子顯微鏡（TEM）、紫外-可見(jiàn)光反射光譜和光致發(fā)光譜（PL）對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)、成分、形貌、粒度、分散性、禁帶寬度及發(fā)光性能進(jìn)行了表征分析,探討了發(fā)光機(jī)理。同時(shí),依據(jù)第一性原理,采用MS模擬計(jì)算了ZnS、ZnS:3.125%O、ZnS:3.125%Br和ZnS:3.125%Br:3.125%O的能帶結(jié)構(gòu)和電子態(tài)密度,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果形成了很好的對(duì)應(yīng)。主要研究結(jié)果有:1.Eu³⁺與鹵素共摻雜的ZnS量子點(diǎn)的制備與發(fā)光性能研究采用低溫固相法合成了立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)球形、平均晶粒尺寸分別為4.5、5.2、3.5⁴.3、4.2⁴.8... 

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ZnS的兩種結(jié)構(gòu)：a為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，b為六方鉛鋅礦結(jié)構(gòu)

第一章緒論3構(gòu)成正四面體晶格，同樣，每個(gè)S原子也與4個(gè)Zn原子連接構(gòu)成正四面體晶格。圖1.1ZnS的兩種結(jié)構(gòu)：a為立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，b為六方鉛鋅礦結(jié)構(gòu)1.3.2ZnS量子點(diǎn)的能帶結(jié)構(gòu)ZnS量子點(diǎn)的能帶結(jié)構(gòu)可以從兩個(gè)方面闡述。一方面是分子體系向量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，另一方面是基于固體能帶理論向量子點(diǎn)能帶的變化。在這里我們采用分子體系來(lái)闡述ZnS能帶由體材料到量子點(diǎn)的變化。在雙原子分子軌道理論中，原子a的一個(gè)軌道與原子b的一個(gè)軌道相重疊，結(jié)果形成了兩個(gè)離域于a原子和b原子的分子軌道，其中一個(gè)分子軌道是“成鍵的”，能量比原子軌道的能量低，另一個(gè)是“反鍵的”，比原子軌道的能量低[16]。如圖1.2所示。在一個(gè)體系中，隨著分子數(shù)目的增加，分子的軌道數(shù)目也隨之增加，相鄰軌道之間的能隙寬度減小，成鍵和反鍵軌道之間的能級(jí)寬度也隨之減小，最終形成一個(gè)準(zhǔn)連續(xù)的能級(jí)。對(duì)于ZnS量子點(diǎn)，分子的數(shù)目比較少，分子軌道數(shù)目也比體材料少，各相鄰分子軌道的能級(jí)寬度增大，帶隙寬度也隨之增加。圖1.2ZnS量子點(diǎn)的能帶結(jié)構(gòu)1.4ZnS量子點(diǎn)的光致發(fā)光機(jī)理ZnS的電子吸收一定能量的光子后被激發(fā)到更高的能級(jí)，處于激發(fā)態(tài)的電子

銪與鹵素及氧與溴共摻雜的ZnS量子點(diǎn)的合成與發(fā)光性能研究16圖3.1ZnS、Zn0.99SEu0.01和Zn0.99S1-xEu0.01Fx（0.02≤x≤0.01）量子點(diǎn)的XRD圖譜表3.1：ZnS、Zn0.99SEu0.01和Zn0.99S1-xEu0.01Fx（0.02≤x≤0.1）的晶格常數(shù)與晶粒尺寸樣品晶格常數(shù)（）平均晶粒尺寸（nm）ZnS5.37944.5Zn0.99SEu0.015.41635.2Zn0.99S0.98Eu0.01F0.025.38694.3Zn0.99S0.96Eu0.01F0.045.38303.8Zn0.99S0.94Eu0.01F0.065.37603.9Zn0.99S0.92Eu0.01F0.085.36103.7Zn0.99S0.90Eu0.01F0.105.35043.53.2.2透射電鏡及高分辨透射電鏡數(shù)據(jù)從圖3.2觀察到ZnS量子點(diǎn)團(tuán)聚在一起（a），由直徑為5~6nm的準(zhǔn)球形顆粒組成（b），（111）晶面的晶面間距為0.319nm。從圖3.2（c，d）可以觀察到Zn0.99SEu0.01樣品的由直徑為4.1~5.4nm的準(zhǔn)球形顆粒組成，（111）晶面的晶面間距為0.314nm，樣品存在團(tuán)聚現(xiàn)象，但是比ZnS樣品的分散性要好一些，可能是由于有少部分的Eu3+被吸附在Zn0.99SEu0.01樣品的表面，降低了其表面張力，使整體表面能下降，從而分散性得到提高。從圖3.2（e，f）中可以看到：摻雜F-后的Zn0.99SEu0.01量子點(diǎn)直徑明顯減小，為3.3~3.8nm的準(zhǔn)球形粒子，（111）晶面的晶面間距為0.31nm。以上結(jié)果與XRD數(shù)據(jù)結(jié)果相符。

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本文編號(hào)：3282714