ZnO-Eu3+納米材料中Eu3+在晶格中占據(jù)位置及光學(xué)性能研究.pdf

1、在現(xiàn)代光電材料中，作為發(fā)光材料中心的稀土離子在固體發(fā)光材料中扮演著重要角色。這是因?yàn)橄⊥岭x子具有獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)。它們作為雜質(zhì)摻入到晶體后，使得晶體材料表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能。ZnO是一種新型的光電材料，近年來(lái)，稀土離子摻雜的ZnO納米材料的制備和光電物理性質(zhì)被學(xué)術(shù)界進(jìn)行廣泛的研究。ZnO可以作為稀土摻雜的熒光材料的基質(zhì)，能夠廣泛應(yīng)用發(fā)光二極管、液晶顯示器、熒光探針等產(chǎn)品中。
　　本文通過(guò)三種不同的方法（尿素沉淀法，溶液化學(xué)法，溶劑

2、熱法）制備了不同形貌的ZnO∶Eu3+納米材料。并用X射線衍射儀、掃描電子顯微電鏡、熒光光譜儀、拉曼光譜儀等測(cè)試方法對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)特性進(jìn)行了表征。本論文重點(diǎn)研究了Eu3+離子的不同摻雜量和不同退火溫度對(duì)納米材料的形貌、粒徑尺寸的影響，以及對(duì)ZnO∶Eu3+納米材料中Eu3+在晶格中占據(jù)的具體位置和光學(xué)性能進(jìn)行了研究。得到的主要研究結(jié)論如下:
　　1.本論文采用了尿素沉淀法、溶液化學(xué)法、溶劑熱法制備了ZnO∶Eu3+納米材

3、料。通過(guò)XRD分析，三種方法制備的樣品衍射峰強(qiáng)度都比較高，表明樣品的結(jié)晶性能都良好。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)的ZnO衍射圖譜對(duì)比，表明Eu摻雜ZnO晶體均為六角纖鋅礦結(jié)構(gòu)。尿素沉淀法，溶液化學(xué)法所制備的樣品中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Eu2O3的衍射峰，說(shuō)明摻雜元素Eu3+進(jìn)入ZnO晶格中。而在溶劑熱法制備的樣品中，在XRD圖譜的大約28°處發(fā)現(xiàn)Eu2O3的衍射峰，表明有少量的Eu2O3的表面析出。但由于摻雜量少，衍射峰的強(qiáng)度是比較弱的。
　　2.通過(guò)SEM分析

4、，得到了不同形貌的樣品。其中，尿素沉淀法制備Eu摻雜ZnO為納米顆粒，晶粒尺寸大約為100～120nm;溶液化學(xué)法制備的Eu摻雜ZnO為納米線，晶粒尺寸大約為60～80nm;以溶劑熱法制備Eu摻雜ZnO為納米棒，晶粒尺寸大約為40～60nm。隨著摻雜量的增加，納米晶粒尺寸有變小的趨勢(shì)。隨著退火溫度的升高，納米晶粒尺寸有變大的趨勢(shì)。
　　3.對(duì)制備的Eu離子摻雜ZnO樣品進(jìn)行熒光分析。進(jìn)行Eu摻雜后，樣品的發(fā)光性能出現(xiàn)新的變化。在2

5、50nm的光激發(fā)下的發(fā)射光譜中，在原來(lái)的藍(lán)綠光的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)在612nm出現(xiàn)較弱的紅色發(fā)光峰，此為Eu3+離子的5D0→7F2躍遷。還發(fā)現(xiàn)了隨著摻雜量的增加，ZnO的帶隙及缺陷發(fā)光的減弱，說(shuō)明了ZnO到Eu離子存在能量傳遞的過(guò)程。
　　4.對(duì)制備的Eu3+離子摻雜ZnO樣品進(jìn)行位置選擇光譜和Raman光譜分析。在532nm的光激發(fā)下的發(fā)射光譜中，我們發(fā)現(xiàn)了源于Eu3+離子的5D0→7F1(590nm)磁偶極躍遷和5D0→7F2(6

6、12nm)電偶極躍遷。還發(fā)現(xiàn)5D0→7F2的電偶極躍遷劈裂成三個(gè)峰(612nm，615nm，623nm)，說(shuō)明大部分Eu3+離子占據(jù)ZnO中C3位置，取代Zn2+離子。溶劑熱法制備的樣品中發(fā)現(xiàn)了5D0→7F2的電偶極躍遷將劈裂成四個(gè)峰(612nm，614nm，621nm，628nm)，說(shuō)明有部分Eu3+離子占據(jù)Eu2O3的S6位置，有部分Eu2O3的析出。在Raman光譜中，發(fā)現(xiàn)摻雜少量的Eu3+離子后，E2散射峰(包括E2high和E