铽、钐掺杂ZnO量子点制备及其光谱调制机理研究.doc

铽、钐掺杂ZnO量子点制备及其光谱调制机理研究ZnO量子点具有较高的禁带宽度,对紫外线的吸收能力强,容易实现掺杂,是极具应用潜力的材料之一。而稀土元素拥有丰富的能级,可以产生多样的辐射吸收和发射,为制备发光材料提供了多种多样的选择。将稀土离子掺杂进ZnO量子点,进一步改善ZnO量子点及稀土离子的发光性能,应用于太阳能玻璃盖板,推进ZnO量子点在太阳能电池中的应用,提高太阳能的利用率。本实验采用溶胶-凝胶法,分别制备了铽单掺、钐单掺以及铽-钐双掺的ZnO量子点,分析了铽、钐离子的掺杂浓度对ZnO量子点的结构形貌以及发光性能的影响,讨论了ZnO基质与铽离子、ZnO基质与钐离子和铽、钐离子之间的能量传递过程。具体的内容及结果如下:（1）稀土离子的掺杂对ZnO量子点的晶相没有影响,制备的均为ZnO晶体,XRD中没有其它物质的衍射峰出现。随着铽离子、钐离子浓度的增加,ZnO量子点的XRD衍射峰的峰强减弱,衍射峰呈现先向低角度方向移动后向高角度偏移的趋势,即量子点尺寸先增大后减小。ZnO量子点结晶程度降低,出现晶体缺陷。（2）TEM分析得到稀土离子的掺杂并没有对ZnO量子点的形貌以及粒径分布有明显影响,平均粒径均在5nm左右。ZnO量子点呈圆形,晶格清晰,但存在团聚的现象。XPS证明了ZnO量子点中Tb-O-Zn和Sm-O-Zn结构的存在。（3）铽单掺、铽-钐双掺的ZnO量子点在485nm波长的激发下实现了Tb³⁺离子的特征发光;钐单掺、铽-钐双掺的ZnO量子点在472nm波长的激发下实现了Sm³⁺离子的特征发光。在325nm波长的激发下,实现了ZnO量子点、Tb³⁺离子及Sm³⁺离子的共同发光。（4）随着铽离子、钐离子浓度的增加,ZnO量子点的发光强度先增强后减弱。铽、钐单掺的ZnO量子点在稀土离子浓度为1%时发生浓度猝灭;铽-钐双掺的ZnO量子点在Sm³⁺离子含量为2%,Tb³⁺离子含量为1%时发生浓度猝灭。掺杂后的ZnO量子点与未掺杂时相比,发射光谱出现一定程度的红移。（5）ZnO基质与Tb³⁺离子、ZnO基质与Sm³⁺离子以及Tb³⁺离子与Sm³⁺离子之间存在能量传递,ZnO作为基质,利用其优异的紫外光吸收能力,将吸收的紫外光传递给稀土离子,实现了自身以及稀土离子共同的可见光发光,从而实现了对太阳光谱的调制。而Tb³⁺离子的⁵D₄→⁷F₂和Sm³⁺离子的⁴G_5/2→⁶H_9/2的能级对在跃迁时能量匹配,二者存在无辐射能量传递中的交叉弛豫传递现象,Tb³⁺离子高效的能量传递使Sm³⁺离子在650nm处的特征发光峰明显增强。