金对纳米材料发光性能的影响

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通过不同的掺杂或杂化复合来改变纳米荧光材料的发光性能,以适应不同的应用需求,这已成为当今纳米材料科学领域的前沿和热点。本论文选用传统的ZnO半导体材料和Y2O3:Eu3+稀土荧光材料作为研究对象,通过简单的共沉淀法制备出花状ZnO和一维Y2O3:Eu3+荧光纳米材料,利用贵金属Au在晶格中的引入和偏析形成杂化结构来影响纳米结构的光学性能。具体内容如下:(1)通过一个简单的共沉淀法制得Zn5(OH)6(CO3)2:Au纳米花状前驱体,并分别在260℃和800℃下退火得到ZnO/Au两个样品。在ZnO中添加Au会导致成分波动。另外,随着加热部分Au会从ZnO基体中脱溶析出附着在纳米花状结构表面,会导致界面波动和等离子体效应。因此,在低激发功率密度时,室温近带边(NBE)发射是由约束激子跃迁为主,同时由于Au等离子体共振增强使得发射强度几乎呈超线性增加。然而,在高激发强度时由于电子-空穴等离子体的产生,导致带隙重整化,带边发射红移;另一方面,由于Auger非辐射复合的形成以及这些自由的光生电子向金转移,结果造成了在更高的激发强度下近带边发射反而减弱。对绿色可见发射而言,其更可能来自导带边浅陷阱中的电子和具有双离子氧空位VO**的深陷阱空穴之间的跃迁。在这些样品中存在大量的浅陷阱中心,它们对电子的捕获比电子-空穴对的湮灭要更快,这样导带边的光生电子快速被陷阱捕获然后再与价带边的空穴复合,而不是通过禁带中的中间能级再回到价带,所以随着激发强度的增加不仅进一步使得近带边发射红移,而且近带边发射与绿色发射积分强度比增加。在260℃退火的样品中,由于Au的脱溶较少,晶格中不仅存在VO**,还存在其它类型的多种缺陷,它们能够被互相补偿。然而在800℃下退火的样品中,晶格已形成了完全平衡的状态,在晶格中形成了单一的缺陷,如VO**。因此,相对于800℃下退火的样品而言,在260℃退火的样品中缺陷发射更弱。(2)通过使用YCl3和Y(NO3)3这两种不同的原料作为反应物,用相同的共沉淀法方法分别制备出了管状和棒状的Y2(CO3)3(H2O)2:Eu,Au前驱体,然后退火后分别得到相应的Y2O3纳米管和纳米棒。在短紫外线(251nm)激发下,。对Y2O3:0.05Eu3+在611nm处的5D0-7F2红色发射来说,纳米管的发射强度是纳米棒的67.7倍。这主要是由于形状、维度和更薄的壁厚影响了Eu3+离子周围的环境。对纳米管来说,Au的添加降低了611nm处的5Do-7F2红色发射。然而对于纳米棒来说,Au的引入可以使样品的611nm处的5Do-7F2红色发射增强了46.7倍,预示着等离子体的共振增强起了作用。这说明样品的形貌和维度对光学材料的发射产生很大的影响,而且能够直接导致Au可能在样品中以不同的形式存在。相信这些Y203纳米管和纳米棒将具有广泛的应用潜力,如应用于激光材料,荧光粉,场发射器和纳米级光电设备等。
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