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ZnO：Eu~（3+）纳米晶材料的制备及其发光性能的研究

作　者: 赵世华
导　师: 王玲玲
学　校: 湖南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 掺杂光致发光均匀沉淀法直接沉淀法微乳液法
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 236次
引　用: 2次
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内容摘要

发光是物体将某种方式吸收的能量转化为光辐射的过程。光致发光则是指物体在吸收光能后进行蓄光而后发光的现象。光致发光材料的应用非常广泛,它在电视、电脑、荧屏、荧光灯上的应用非常普遍;可以制成发光涂料、发光油墨、发光水泥、发光塑料、发光纸、发光陶瓷、发光玻璃、工艺美术品、夜光钟表等;另外在建筑装饰、铁路船舶交通、军事制品、轻化工制品、应急照明、防伪标志等领域也有重要的用途。尽管光致发光材料通过这十余年来的研究和应用已取得了巨大的进展,特别是在绿色和蓝色光致发光材料的制备工艺方面已逐渐趋向成熟,但红色光致发光材料的研究进展依然较慢。传统红色荧光材料的原料主要为价格昂贵的Y2O3和Eu2O3等稀土氧化物。然而,ZnO是一种能强烈吸收紫外光的廉价氧化物,其物理性质及化学性质非常稳定。因此,制备以ZnO作为基质的红色荧光材料,能适用于寒冷的北方、炎热的南方和有强紫外线照射的高原地带,并且也可广泛用于航天器涂层颜料。本实验利用稀土元素铕（Eu）特有的发光性质,使用两种沉淀方法和微乳液法制备的ZnO:Eu³⁺红色光致发光材料。并利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）以及荧光分光光度计等对ZnO:Eu³⁺纳米晶的结构、形貌、尺寸及发光性能进行了分析。通过实验和结果分析,本文得到如下结论:（1）实验以六水硝酸锌（Zn（NO3）2·6H2O）、氧化铕（Eu2O3）为主要原料,分别采用以氨水为沉淀剂的直接沉淀法和以尿素为沉淀剂的均匀沉淀法以及采用CTAB为表面活性剂的微乳液法制备合成了ZnO:Eu³⁺红色光致发光材料。沉淀法所制备的样品中,其发射波长都有592nm和612nm两个峰值,但均匀沉淀法所制备的样品略有红移现象,其强峰值在592nm处;而发射强度较直接沉淀法所制备的样品稍弱一些。微乳液法制备的ZnO:Eu³⁺红色光致发光材料,其发射波长只有615nm,荧光发光为红光,并没有发现592nm附近的发射峰。（2）沉淀法和微乳液法所制备的样品与纯ZnO晶体结构基本一致,表明掺杂元素Eu³⁺绝大部分进入ZnO晶格中。但是通过样品的XRD检测,以微乳液法制备的ZnO:Eu³⁺红色光致发光材料中,掺有Eu2O3杂质相。（3）产物的发光机理:由于掺入到ZnO晶格中去的少量元素Eu³⁺形成发光中心。（4）通过直接沉淀法或均匀沉淀法均可以制备ZnO:Eu³⁺纳米级粉体,均有不同程度的团聚现象。直接沉淀法所制备的样品粒径分布在300nm-1μm之间,颗粒呈圆柱状或片状,而均匀沉淀法制备的样品粒径分布100nm-200nm之间,颗粒呈短柱状。以微乳液法所制备的样品的分散性好,杆状颗粒分布很均匀,并且粒径分布范围在50nm-100nm之间。（5）均匀沉淀法和微乳液法都比直接沉淀法优越。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-34
  1.1 引言  13-15
  1.2 纳米材料的概述与分类  15-16
  1.3 纳米发光材料  16-17
  1.4 光致发光材料  17-26
    1.4.1 发光及光致发光  17-18
    1.4.2 光致发光材料概述  18-19
    1.4.3 光致发光材料研究进展  19-22
    1.4.4 光致发光材料的应用  22-23
    1.4.5 光致发光材料的制备方法  23-26
  1.5 ZnO 光致发光材料  26-27
    1.5.1 ZnO 的特性  26
    1.5.2 纳米级ZnO 光致发光材料  26-27
  1.6 掺杂 ZnO 红色光致发光材料  27-32
    1.6.1 光致发光材料的研究背景  27-29
    1.6.2 半导体光学性质简介  29-31
    1.6.3 发光机制的探讨  31-32
  1.7 本文研究掺杂ZnO 红色光致发光材料的目的及意义  32-34
第2章纳米ZnO 的制备及块体Eu_2O_3 的发光性质  34-44
  2.1 实验设备及原料  34-35
    2.1.1 实验设备  34
    2.1.2 实验原料  34
    2.1.3 原料性质  34-35
  2.2 实验方法  35-36
    2.2.1 实验工艺流程  35
    2.2.2 实验原理分析  35
    2.2.3 实验步骤  35-36
  2.3 实验结果与分析  36-44
    2.3.1 ZnO 的扫描电镜观察  36-37
    2.3.2 ZnO 的光致发光性能  37-40
    2.3.3 ZnO 样品的晶体结构分析  40-42
    2.3.4 纯Eu_2O_3 粉末的发光性能  42-44
第3章沉淀法制备ZnO：Eu~(3+)纳米晶及其发光性质  44-57
  3.1 引言  44
  3.2 实验方法  44-46
    3.2.1 实验工艺流程  44-45
    3.2.2 实验原理分析  45
    3.2.3 试剂与仪器  45
    3.2.4 ZnO:Eu~(3+)的制备  45-46
    3.2.5 检测分析  46
  3.3 结果与讨论  46-55
    3.3.1 晶相结构分析  46-48
    3.3.25 EM 形貌观察  48-50
    3.3.3 沉淀法制备ZnO：Eu~(3+)纳米晶的发光性能  50-55
  3.4 小结  55-57
第4章微乳液法制备ZnO：Eu~(3+)纳米晶及其发光性质  57-66
  4.1 引言  57
  4.2 实验方法  57-61
    4.2.1 实验工艺流程  57-58
    4.2.2 实验原理  58-60
    4.2.3 试剂与仪器  60
    4.2.4 ZnO:Eu~(3+)纳米晶的制备  60-61
    4.2.5 检测分析  61
  4.3 结果与讨论  61-65
    4.3.1 微乳液法制备的ZnO：Eu~(3+)样品的扫描电镜观察(SEM)  61-62
    4.3.2 微乳液法制备的ZnO：Eu~(3+)样品的晶相组成分析  62-63
    4.3.3 微乳液法制备掺杂5%ZnO 样品的发光性能及与均匀沉淀法的比较  63-65
  4.4 小结  65-66
结论与展望  66-67
参考文献  67-76
致谢  76-77
附录A（硕士研究生期间发表的学术论文）  77

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