掺杂纳米超微粒的发光性质

【摘要】： 本工作主要研究了ZnS:Mn、ZnS:Cu半导体纳米晶和Y_2O_3:Eu、Y_2O_2S:Tb 纳米晶的发光性质。包括限域作用对波函数扩展程度不同的掺杂离子的能级位 置和跃迁几率的影响；表面态和限域作用对能量传递过程的影响；探讨纳米晶 中发光猝灭的机理。目的在于深入了解掺杂纳米材料的发光过程，建立纳米晶 中的能量传递模型，为纳米发光材料的实际应用提供实验和理论依据。本工作 的主要内容和结果如下： 1．利用共沉淀法合成ZnS：Mn和ZnS：Cu纳米粒子。制备了分散有ZnS：Mn和 ZnS:Cu纳米微粒的聚合物薄膜。利用燃烧法制备了不同粒径的Y_2O_3:Eu和 不同掺杂浓度的Y_2O_2S:Tb纳米晶。 2．研究了量子限域效应对自激活中心的影响。测量了Mn~(2+)的发光寿命，分析 Mn~(2+)在纳米ZnS比在体材料中发光寿命变短的原因。研究了ZnS:Mn的紫外 光诱导荧光增强现象，并归结为表面态被电子填充减小了无辐射跃迁速率， 给出了该过程的发光动力学方程。 3．通过发射光谱和发光寿命研究了量子限域效应对波函数比较扩展的Cu中心 的能级和跃迁几率的影响。通过室温和低温下的时间分辨发射光谱，分析 了ZnS:Cu纳米晶中G-Cu、B-Cu、R-Cu三个发光带的来源。 4．测量了不同温度下的激发谱和选择激发不同格位的发光衰减曲线，研究了立 方Y_2O_3纳米晶中C_(3i)和C_2两种格位Eu离子之间的能量传递，得到相邻格位 的Eu离子之间的能量传递速率比孤立的C_(3i)格位到C_2格位的能量传递速率 快，并分析了纳米Y_2O_3:Eu与体材料相比猝灭浓度提高的原因是纳米晶内体 猝灭中心少，只有掺杂浓度提高到使相邻Eu~(3+)离子形成连接到表面的能量 传递网时发光猝灭才发生。 5．研究了发光衰减曲线随颗粒尺寸和掺杂浓度的变化规律，证明引起Y_2O_3纳 俗主治灾的县 米晶中Eu3”离子发光浓度碎灭是交换相互作用引起的。分析了理论发光衰 减曲线和实验衰减曲线的差异，计算了、q纳米晶中EU离子的交换相互 作用能量传递的效率。 6．利用monte｛arc计算机模拟的方法模拟了纳米微粒中表面碎灭中心和体碎 灭中心两种碎灭机制。讨论了纳米晶中元激发在发光中心，导带和表面碎 灭中心之间的分配关系，探讨了掺杂纳米材料成为高效发光材料的必要条 件。 7．研究了、0庐汀七纳米晶中的能量传递过程，得到由交叉弛豫引起的发光碎 灭的碎灭浓度比体材料高。浓度碎灭曲线和发光衰减曲线确定出引起’D3－下 和勺。－飞发射浓度碎灭的相互作用类型，并利用理论衰减曲线对实验衰减 曲线进行了拟合。分别计算了引起勺。和’A能级发射浓度碎灭的能量传递 的效率，由理论的能量传递效率解析表达式对实验数据拟合的结果，确定 能量传递临界浓度C。。 8．利用J－O理论计算了 YZO3记u纳米晶的 Q 2和 Q。参数；SD。和勺l能级向下面 各能级的跃迁速率；Eu离子之间的共振能量传递速率。利用发射光谱计算 了X0开：比纳米晶的Q参数；勺。和’丸的能级向下面各能级的电偶极和磁 偶极跃迁速率和发射强度。利用能量传递理论计算了交叉弛豫无辐射能量 传递的速率；5D3和5D4能级发射的强度和h离子浓度和檄发强度的关系。