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《湖南大学》 2010年
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几种半导体和稀土纳米材料的制备与光学性质研究

彭智伟  
【摘要】:纳米材料由于小尺寸效应、量子限域效应以及表面效应等引起一些新的物理、化学性质,受到广泛的关注和研究。ZnO、ZnSe、CdS是重要的II-VI族直接带隙化合物半导体材料,具有较大的禁带宽度和激子束缚能。它们在半导体激光器、太阳能电池、发光二极管、场效应晶体管、光电探测器件、气体传感器、光开关等光电子纳米器件方面有很大的应用前景。Gd2O3:Eu~(3+)材料由于具有较高的发光量子效率和较好的光谱特性,是一种优质的红色荧光粉,可广泛用于高清晰度电视、投影电视、平板显示、绿色照明等领域,因此得到了广泛的关注。本论文利用热蒸发法制备出高质量ZnO、ZnSe、CdS纳米材料,并对ZnO、ZnSe、CdS纳米材料的晶体结构、形貌、生长机理和光学性质进行了研究。用燃烧合成法成功的制备了Gd2O3:Eu~(3+)纳米晶,对其光学性质进行了研究。具体研究内容如下: (1)采用简单的热蒸发方法,成功的制备出ZnO四足和多足纳米结构。所制备的ZnO纳米结构纯度高,为六方纤锌矿结构。ZnO四足和多足纳米结构的足部沿[0001]方向生长。讨论了它们的生长过程。ZnO纳米结构的室温光致发光(PL)谱中出现一个较弱的紫外发射峰和一个较强的绿色发射峰,分别位于383nm和495nm处。其中紫外发射峰来源于近带边发射,绿色发射峰可能是表面缺陷和氧空位共同引起的。通过热蒸发方法,还制备出ZnO纳米棒和星状ZnO纳米结构,并对它们的光学性质进行了研究。 (2)运用氢气辅助热蒸发方法制备出大量结晶良好的周期性孪晶结构的ZnSe纳米线。结构分析表明ZnSe纳米线为立方相结构并沿[111]方向生长。室温PL光谱中,在462nm处出现蓝色的近带边发射峰,在500至680nm间出现缺陷相关的发射带。在488nm激光激发下,首次观察到ZnSe纳米线的反斯托克斯(anti-Stokes)发光。用近场光学显微系统观察到ZnSe纳米线的Fabry–Pérot谐振现象。对ZnSe纳米线的光波导性质和表面光伏性质也进行了研究。 (3)利用氢气辅助的一步热蒸发法,制备出大量的纤锌矿结构的CdS纳米带和纳米锯(nanosaw)。研究了沉积温度对CdS纳米结构形貌的影响。应用气–液–固(VLS)机理结合气–固(VS)生长机理来解释了CdS纳米结构的形成过程。CdS纳米结构在488nm激光的激发下,发射出波长为512nm的绿色发射峰,对应于CdS的带–带发射。研究了CdS纳米结构的光波导性质,其中CdS纳米带显示出很好的光波导性质。(4)用燃烧合成法成功的制备了Gd2O3:Eu~(3+)纳米晶。在甘氨酸–硝酸盐体系中, 通过调节甘氨酸与稀土离子的比例得到不同相结构的Gd2O3:Eu~(3+)纳米晶,随着甘氨酸比例的增加,纳米晶逐渐从立方相向单斜相转变。研究了甘氨酸和退火温度对尺寸和发光性能的影响。在柠檬酸–硝酸盐体系中成功地制备出纯立方相的Gd2O3:Eu~(3+)纳米晶。所制备的立方相Gd2O3:Eu~(3+)纳米晶,主发射峰均出现在612nm处,对应于5D0→7F2跃迁。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.1;TN304

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