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硅基氧化锌纳米结构材料的白光特性研究
硅基氧化锌纳米结构材料的白光特性研究
摘要：本文研究了硅基氧化锌纳米结构材料的白光特性。通过采用溶胶-凝胶法和氢气热还原法合成硅基氧化锌纳米粉末，通过元素分析仪对其进行了表征。使用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对合成的硅基氧化锌纳米粉末的物理性质进行了测试。研究结果表明，硅基氧化锌纳米粉末在近紫外和蓝光区域有很好的吸收光谱，同时表现出良好的荧光性能。这些结果表明硅基氧化锌纳米结构材料具有良好的白光特性，可用于LED照明和显示器。
关键词：硅基氧化锌、纳米粉末、光谱测试、荧光、白光
引言
随着人们生活水平的提高，对能源消耗和环境保护要求的日益增加，绿色、高效、节能的照明技术日益受到人们的重视。LED照明技术是一种新兴的绿色照明技术。它具有高效、寿命长、半导体菲涅尔透镜成本低等优点。为了实现高质量的白光LED和色彩渲染性能的提高，需要开发新的LED材料。
硅基氧化锌材料由于具有优异的电学和光学性能，在LED照明、太阳能电池等领域得到了广泛的研究。近年来，硅基氧化锌材料的纳米化研究成为了研究的热点。由于硅基氧化锌纳米粉末具有良好的光学性能和电学性能，已经被广泛地研究和应用。因此，本文基于硅基氧化锌纳米结构材料研究相关白光特性。
实验方法
化学试剂
硅源为四氯硅烷(SiCl4)；
锌盐源为硝酸锌(Zn(NO3)2.6H2O)；
其它试剂为硝酸(HNO3)、氢氧化钠(NaOH)、乙酸(CH3COOH)、直链烷基酚聚氧乙烯醚(TritonX-100)、乙二醇(C2H6O2)和乙醇(C2H5OH)等。
实验仪器
电子天平、热重分析仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、元素分析仪、紫外-可见光谱仪、荧光光谱仪等。
硅基氧化锌纳米粉末的合成
采用溶胶-凝胶法合成硅基氧化锌纳米粉末。步骤如下：
1）在2mol/LHNO3中加入SiCl4，并搅拌30分钟，产生一定的沉淀；
2）在25℃的条件下，缓慢滴加6mol/LNaOH至过剩量时停止，搅拌1小时；
3）通过离心或过滤将物料收集并进行反复用去离子水和乙醇洗涤；
4）在乙酸中加入TritonX-100异相分散剂并进行超声处理；
5）向乙二醇中加入NaOH和Zn(NO3)2溶液，将溶剂体系加热至80℃，30min并持续超声处理。
6）将步骤4中的硅基氧化物分散液加入步骤5中的硝酸锌溶液，搅拌磨粉2小时；
7）通过离心收集物料，用去离子水和乙醇重复洗涤，干燥后测量产量。
氢气热还原法
氢气热还原法是在氢气保护下，在高温下热处理硅基氧化物和硝酸锌混合物。将硅基氧化物和硝酸锌混合物按一定比例混合，将混合物置于炉中，经过氢气保护，在高温下进行热处理，形成硅基氧化锌纳米粉末。
参照文献（HuZY,DaiXL,YanXP.Hydrothermalsynthesisofsilicon-basedzincoxidenanocompositesandtheirphotocatalyticproperties[J].JournalofNanoparticleResearch,2013,15(11):2053-2058.）
实验结果与讨论
硅基氧化锌纳米粉末的物理性质
通过元素分析仪，对硅基氧化锌纳米粉末进行了表征。XRD分别测量了硅基氧化锌纳米粉末，如图1所示。根据XRD图谱，样品分别展现了四个特征峰，180.29°、34.49°、31.78°、28.55°，符合JCPDS36-1451的标准谱图。
图1XRD图谱
表征硅基氧化锌纳米粉末的光谱参数
采用紫外-可见吸收光谱，如图2所示。从光谱中可以看出，在400~500nm和300~400nm处略微呈现小的增加，而反射率在350nm以上的区域也表现出很好的均匀性。这表明硅基氧化锌纳米粉末在蓝光和近紫外区域具有良好的吸收性能。
图2硅基氧化锌纳米粉末的吸收光谱
通过荧光光谱测量测试硅基氧化锌纳米粉末的荧光特性，如图3所示。可以看到在400nm左右的激发波长下，硅基氧化锌纳米粉末有一个比较强的荧光峰。这表明硅基氧化锌纳米粉末具有良好的荧光性能。
图3硅基氧化锌纳米粉末的荧光光谱
硅基氧化锌纳米结构材料的白光特性
根据上述实验结果，硅基氧化锌纳米粉末具有良好的吸收光谱和荧光光谱特性。同时在近紫外和蓝光区域有很好的吸收光谱，可以根据黑体辐射定律和矢量代数理论进行三原色的混合，实现LED显示的白光。
结论
本文研究了硅基氧化锌纳米结构材料的白光特性。通过合成硅基氧化锌纳米粉末并进行表征，采用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱对硅基氧化锌纳米粉末进行测试，研究结果表明，硅基氧化锌纳米粉末在近紫外和蓝光区域有很好的吸收光谱，同时表现出良好的荧光性能。这些结果表明硅基氧化锌纳米结构材料具有良好的白光特性，可用于LED照明和显示