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《Mn^2＋摻雜對低溫生長ZnS的形貌及光致發(fā)光性能的影響-論文.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、Vo1．34高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報No．92013年9月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES2O4O～2045MIl2+摻雜對低溫生長ZnS的形貌及光致發(fā)光性能的影響王坤鵬，，翟化松，，章海霞，翟光美，董海亮，許并社，(1．太原理工大學(xué)新材料界面科學(xué)與工程教育部重點實驗室，太原030024；2．山西省新材料工程技術(shù)研究中心，太原030024；3．太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，太原030024)摘要以zn粉和S粉為原料，Au納米顆粒為催化劑，采用低溫(450℃)化學(xué)氣相沉積法(CVD)，在Si(10
2、0)襯底上制備了未摻雜和Mn摻雜的ZnS微納米結(jié)構(gòu)．利用x射線衍射儀(XRD)、能量彌散x射線譜(EDS)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)和光致發(fā)光光譜(PL)等測試手段對樣品的結(jié)構(gòu)、成分、形貌和發(fā)光性能進(jìn)行了分析．結(jié)果表明，所得ZnS樣品均為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，未摻雜的ZnS為微納米球，在波長為450和463nm處有2個發(fā)光強(qiáng)度較大的藍(lán)光峰；Mn摻雜ZnS為納米線，在波長479和587nm處分別有1個微弱的藍(lán)光峰和1個強(qiáng)度相對較大的紅光峰．此外，還對ZnS微納米結(jié)構(gòu)的形成過程進(jìn)行了探討，并提出了可能的形成機(jī)理．關(guān)鍵詞ZnS微納米結(jié)
3、構(gòu)；Mn摻雜；光致發(fā)光；化學(xué)氣相沉積法中圖分類號O614文獻(xiàn)標(biāo)志碼AZnS是Ⅱ一Ⅵ族化合物中一種重要的直接寬禁帶半導(dǎo)體材料，其禁帶寬度為3．7eV，已被廣泛應(yīng)用于顯示器、傳感器和激光器J．由過渡金屬離子或稀土類金屬離子摻雜的ZnS晶體也已被廣泛用作發(fā)光材料．由于材料的性能與其尺寸和形貌有關(guān)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，采用納米級的材料制造納米器件引起人們極大的興趣，其中性能優(yōu)異的ZnS納米材料的制備成為當(dāng)前研究的一個焦點J．以往關(guān)于ZnS納米材料的研究主要集中于控制ZnS納米粒子的大小、結(jié)晶度和摻雜狀態(tài)等方面．近年來，一維(1D)ZnS
4、納米結(jié)構(gòu)如納米線、納米帶、納米電纜和納米管等的制備與表征逐漸成為材料學(xué)家的研究熱點．目前，大多數(shù)制備技術(shù)都是通過高溫蒸發(fā)ZnS粉末來獲得不同的ZnS納米結(jié)構(gòu)．Wang等¨利用氫輔助熱蒸發(fā)ZnS粉末在鍍Au的片上制得了纖鋅礦ZnS納米線，其蒸發(fā)溫度達(dá)到900℃．Li和Wang在工作溫度為1200oC并通氬氣的條件下，通過熱蒸發(fā)ZnS粉末，在Au作催化劑的si襯底上制備了纖鋅礦型的ZnS納米帶．Liang等¨通過970℃高溫下熱蒸發(fā)ZnS粉末，在鍍有Au薄膜的藍(lán)寶石襯底上實現(xiàn)了纖鋅礦ZnS多種納米結(jié)構(gòu)的大規(guī)模制備．Kar和Chaud
5、huri【173以ZnS粉末為原材料，利用熱蒸發(fā)方法制備了ZnS納米帶和納米線，并通過改變蒸發(fā)溫度(850～1150℃)和氬氣流量，實現(xiàn)了對產(chǎn)物形貌的調(diào)控．以ZnS為源的熱蒸發(fā)方法雖然可以制備不同形貌的ZnS納米結(jié)構(gòu)，但由于ZnS的熔點(約1700℃)很高，致使該方法所需的工作溫度較高(1000qC左右)．由于zn粉和s粉的熔點較低，分別為419℃和119℃，利用兩者作前驅(qū)物制備ZnS納米結(jié)構(gòu)可以大幅降低熱蒸發(fā)溫度．Ge等副采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)，以zn粉、s粉和金屬氯化物為前驅(qū)物在si片上合成了Zn：M(M=Mn，Cu或
6、co)一維納米結(jié)構(gòu)，雖然該工作中采用的熱蒸發(fā)溫度已有所降低，但仍高達(dá)750oC．Zhang等采用雙溫區(qū)電爐，以zn粉和s粉為原材料，用CVD法在一定的真空度(1×10以Pa)下制備了未摻雜的ZnS納米帶，保溫時間為3h，將熱蒸發(fā)溫度降低到了450。【=．雖然收稿日期：2013-06-07．基金項目：國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號：51002102)、山西省科技創(chuàng)新重點團(tuán)隊項目(批準(zhǔn)號：2012041011)和太原理工大學(xué)引進(jìn)人才基金項目(批準(zhǔn)號：tyut—rc201264a)資助．聯(lián)系人簡介：許并社，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從
7、事新材料及界面科學(xué)與工程方面的研究．E-mail：xubs@tyut．edu．cn王坤鵬等：Mn摻雜對低溫生長ZnS的形貌及光致發(fā)光性能的影響摻雜ZnS微納米結(jié)構(gòu)的制備在基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面具有重要意義，但目前Mn摻雜ZnS微納米結(jié)構(gòu)的低溫制備多采用溶液工藝，其產(chǎn)物主要為微納米顆粒E2o，而采用低溫CVD法制備摻雜ZnS微納米結(jié)構(gòu)以及摻雜對產(chǎn)物形貌和光學(xué)性能影響的研究很少．本文以zn粉和s粉為原材料，MnC1·4HO為摻雜劑，采用低溫(450℃)CVD法，通過調(diào)控反應(yīng)條件制備出了未摻雜的ZnS微納米球和Mn摻雜ZnS納米線，發(fā)現(xiàn)M
8、n摻雜對其形貌和發(fā)光性能具有重要影響，并提出了產(chǎn)物形貌的演化機(jī)理．1實驗部分1．1試劑與儀器鋅粉(純度99．9％，天津市北辰方正試劑廠)，硫粉(純度99％，天津市天力化學(xué)試劑有限公司)，氯化錳(MnC1·4HO，純度99．9％，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所)均為分析
