二价金属钨酸盐低维纳米材料的制备及其发光性能研究

来源 :同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mavylin
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低维纳米材料以其独特的理化性质越来越多地受到人们的关注,从而成为近年来的研究热点,这类材料在微电子、光电能量转换、图像技术、传感器、薄膜覆盖和环境治理等方面具有广阔的应用前景。纳米颗粒材料和薄膜材料具有较其体相材料更优异的光、电、磁和催化性能,而纳米薄膜则以其更加突出的性能激发了人们的研究兴趣。本文将二者结合起来,开展了低维纳米材料的合成、结构、性能和机理研究,并在胶束模板诱导合成,纳米薄膜的制备、形貌、结构、质量控制和发光性能等方面取得了重要进展。不仅达到了均匀成膜和发光增强的效果,还发现了纳米复合薄膜的发光增/减转换效应。该研究为一系列纳米颗粒烧结薄膜的质量和性能改善奠定了基础,也为纳米光电子器件化提供了更多的便利,因而具有重要的科学价值和实际意义。 本文探讨用反相胶束法合成低维纳米二价金属钨酸盐,得到了粒径约100nm的CaWO<,4>和SrWO<,4>纳米粒子、直径约100 nm,长度最大可达几微米的BaWO<,4>纳米棒、直径约80nm,长度约320 nm的PbWO<,4>纳米棒、粒径约80 nm的ZnWO<,4>纳米粒子、直径约60nm,长度约140 nm的CdWO<,4>纳米棒、并对产物的形貌、结构和光学性能进行了分析表征。荧光分析结果表明,当采用240 nm激发时,白钨矿结构CaWO<,4>、SrWO<,4>、BaWO<,4>和PbWO<,4>纳米粒子的发射峰位置分别位于338、350、334和362 nm,相对于体相材料分别蓝移了82、70、86和88 nm。当采用290 nm激发时,黑钨矿结构ZnWO<,4>和CdWO<,4>纳米粒子的发射峰位置分别位于408和403nm,相对于体相材料分别蓝移了52和60nm。显示了纳米材料特有的量子尺寸效应。 首次报道了HgWO<,4>纳米材料的合成方法,用超声法合成出直径约80nm,长度约200nm的HgWO<,4>纳米棒。既为纳米半导体器件提供了重要的基本材料,以自制的AW0<,4>(A=Ca,Sr,Ba,Pb,Zn,Cd,Hg)纳米粒子为镀膜材料,利用自创的胶棉分散纳米粒子成膜方法,成功制备出AW0<,4>纳米薄膜,其中胶棉液的引入可大大改善成膜质量。文中对产物的表面形貌、结构、红外和发光光谱进行了分析表征。发光分析结果表明,当采用240nm激发时,AW0<,4>(A=Ca,Sr,447和457nm,分别相对于其纳米粒子红移了71、42、56、30、22、44和27nm,相对于其体相材料蓝移了12、27、29、55、30、16和33nm(黑钨矿结构钨酸盐纳米粒子和体相材料的激发波长均为290nm)。另外,还探讨了薄膜形貌。 为了对上面制备的AW0<,4>(A=ca,Sr,Ba,Pb,Zn,Cd,Hg)纳米薄膜的发光进秆控制,本文提出了纳米TIO<,2>掺杂路线,制备均匀致密的AWO4-TIO2纳米复合薄膜。该方法不仅可以达到均匀成膜和发光增强的效果,还产生了一种发光增/减转换效应。通过对其形貌、结构、光学性质和转换机制的研究发现,TiO<,2>临界浓度与最大发光强度间的关系符合下面的Gaussian创面曲线。根据所建立的Gaussian方程,得到了AW0<,4>-TiO2(A=Ca,Sr,Ba,Pb,Zn,Cd,Hg)纳米复合薄膜最大发光强度处所对应TiO<,2>临界浓度值分别为4.37%、3.93%、3.85%、4.77%、4.19%、3.82%和3.80%.对第二主族的钨酸盐而言,TiO<,2>临界浓度与阳离子的离子势呈正相关;对第二副族的钨酸盐而言,TiO<,2>临界浓度与阳离子的半径势呈指数关系。 研究发现,不同结构和形貌的二价金属钨酸盐纳米薄膜发光性能的改善及调控均可通过纳米TiO<,2>掺杂方法实现。由此可见,该方法完全可拓展至其它钨酸盐纳米薄膜体系。
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