锌基纳米复合材料的制备及性能研究

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近年来,随着纳米科学与技术的发展,将两种及两种以上的材料在纳米尺度上复合以产生新的性能和应用已形成了新的研究热点。本论文旨在采用化学方法制备过渡族金属掺杂的零维及一维硫化锌纳米材料、氧化锌量子点。并将硫化锌掺锰纳米线和氧化锌量子点同时包埋在二氧化硅中,制备一种新型的三层核壳结构。利用X射线衍射仪、透射电镜、X射线精细结构分析技术、荧光光谱仪等测试手段对样品的结构、光学及磁学性能进行详细的研究。主要内容如下:1.利用溶剂热法制备立方闪锌矿结构的硫化锌掺锰纳米粒子,锰取代了锌的位置掺杂到硫化锌的晶格中,锰在硫化锌中最佳掺杂浓度为3%。随着锰浓度的增加,ZnS:Mn2+纳米粒子的晶格常数变大,尺寸变小,且锰的黄光发射发生了8 nm的红移。导致这种红移现象的原因有三种①Mn团簇间的非辐射能量传递②高密度的表面态或者电子-声子间强的耦合作用③Mn2+在ZnS中的浓度增加到一定的值时,会在硫化锌中形成MnS相。2.利用水热法合成六角纤锌矿结构的硫化锌掺锰纳米线,合成温度仅为180°C。在实验中观察到ZnMnS·EN0.5模板,并研究由模板到纳米线的生长过程,为形貌可控的纳米材料的制备提供依据。随着掺杂浓度的提高,观察到锰的黄光发射发生了蓝移。纳米线中缺陷态到锰离子的能量传递可能是导致这种蓝移现象的主要原因。3.对比研究立方闪锌矿ZnS:Mn2+(3%)纳米粒子和六角纤锌矿ZnS:Mn2+(3%)纳米线的结构和光学性能。X射线精细结构数据表明纳米粒子的局域结构相对于纳米线的局域结构更加无序。纳米粒子中锰的发光强度相对于缺陷态的发光强度的值低于纳米线中锰的发光强度相对于缺陷态发光强度的值。纳米粒子和纳米线中Mn的寿命分别为0.662 ms、0.224 ms。这可能是由于结构不同导致的晶体场强度不同引起的。另外晶格之间的压力及纳米粒子表面的库仑势的变化也可能是导致寿命不同的原因。4.利用水热法制备纤锌矿结构的锰、铜共掺杂的硫化锌纳米线。锰和铜均取代了锌的位置掺杂到硫化锌的晶格中。通过调节锰、铜的浓度,可获得颜色可调的可见光发射。在锰、铜共掺杂的硫化锌纳米线中观测到室温铁磁性,S、Mn、Cu之间的超交换作用可能是铁磁性产生的主要原因。5.利用Stoeber法制备ZnS:Mn2+纳米线/ZnO量子点/SiO2纳米复合材料。这种新型的半导体纳米复合材料同时具有紫外光和可见光的发射,包覆后紫外光发光强度和可见光发光强度分别提高了10倍和3倍。研究生长时间对该纳米复合材料光致发光特性的影响,研究紫外光和可见光低温下的光谱特性。
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