掺杂ZnSe稀磁半导体前驱物纳米带的合成及其磁光性质研究

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Ⅱ-Ⅵ族纳米材料作为一类新型光电功能材料,近年来得到了广泛的研究。其相应的体相材料为直接带半导体,对其纳米相发光特性的研究多集中在激子及空位、缺陷等的发射。 ZnX(X=S、Se、Te)作为宽禁带半导体,是发光材料的最佳基质。自1993年R.N.Bhargava合成了有机相中尺寸为2~3纳米的ZnS:Mn稳定溶胶并研究了其光学性质以来,掺杂稀磁半导体(DMS)MnZnS因其优越的磁光特性受到了人们的广泛关注,由此也激发了人们对掺杂稀磁半导体合成新途径及其性质的多种探索研究。本论文研究采用了改进的水热合成途径,成功地制备了稀磁半导体Mn、Cu掺杂ZnSe前驱物纳米带(Mn-doped or Cu-doped ZnSePrecursor Nanoribbon Bundles: Mn<,x>Zn<,1-x>Se·en<,3>, Cu<,x>Zn<,1-x>Se·en<,3> , en=ethylenediamine),与传统制备方法相比,具有省时、高效的优势;并对掺杂产物磁光性质进行了研究。 主要研究内容归纳如下: 1.通过控制合适的实验条件,得到分散性、均一性都很好的掺杂产物。与传统方法相比,具有省时高效的优势。电子能谱仪(XPS),热重分析仪(TGA),场发射扫描电子显微镜(FESEM)被用来表征这种前驱物的组成与形貌。 2.合成了一系列不同掺杂浓度的Mn<,x>Zn<,1-x>Se·en<,3>及Cu<,x>Zn<,1-x>Se·en<,3>:利用电子顺磁共振波谱(EPR)研究掺杂ZnSe前驱物纳米带中Mn<2+>-MnM<2+>及Cu<2+>-Cu<2+>的相互作用情况,由此来分析和判定Mn<2+>、Cu<2+>的掺杂效率及掺杂状态。 3.荧光发射光谱(PL)谱图用来表征掺杂化合物的光学性能。研究显示,Mn的掺杂大大提高了ZnSe的荧光发光强度。能够增强荧光发射强度的Mn的跃迁(<4>T<,1>→<6>A<,1>)取决于Mn在纳米颗粒中的平均数量。当Mn的掺杂浓度提高时,荧光发射峰的强度增强,最终会导致荧光淬灭。而在化合物Cu<,x>Zn<,1-x>Se·en<,3>中,Cu离子会导致绿色发光带的产生,并且随着Cu掺杂浓度增大,发光带发生红移。浓度过大时,会导致荧光淬灭。由此,可以寻找最佳顺磁性粒子的掺杂浓度。
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