遷移金属イオンをドープしたZnSナノ粒子のフォトルミネッセンス特性

过渡金属离子掺杂ZnS纳米颗粒的光致发光性能

基本信息

批准号：
01F00267
负责人：
磯部徹彦
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

ポリアクリル酸(PAA)が共存する反応場を利用してナノクリスタルが均一に分散した透明なコロイド溶液を合成し、UV照射下でのPL増強効果の波長依存性を検討した。240nmから340nmの波長範囲で連続的に勘起しながら、PL強度の時間変化を調べた。その結果、励起スペクトルのピーク波長(321nm)での照射によるPL増強効果がもっとも大きいことがわかった。また、UV照射後の励起スペクトルはブロードになり、短波長側の成分割合が増加した。UV照射による光吸収スペクトルの変化が少ないことから、粒径分布の変化はほとんど起こらなかった。UV照射による光化学反応によってZnSO_4,Zn(OH)_2,SなどがZnS : Mn^<2+>ナノクリスタル表面に生成され、量子閉じ込め効果が増強されることが考えられる。しかし、PAAのカルボキシル基で表面修飾されたナノクリスタルのコロイド溶液中では、光化学反応によって形成される被覆層はゆっくりと形成されるので、前述の効果は少ないものと推察される。ナノクリスタルではエキシトンの離散的なエネルギー準位が形成される。また、ナノクリスタルでは表面に起因する欠陥準位を有する。上記の結果に基づき、UV照射により励起された電子がこの欠陥準位にトラップされ、エキシトンの高いエネルギー準位へ励起できるようになり、励起スペクトルの短波長成分の割合が増加されるという新しいモデルを考案した。ZnS : Cu^+ナノクリスタルの合成では、Cu(I)の錯体を利用してCu(I)をZnS中へドープする合成法を開発した。同法により合成されたZnS:Cu^+ナノクリスタルは、波長527nmにPLピークを有し、緑色に発光する。X線光電子分光スペクトルからCu(I)が存在することも確認した。さらに、上記のUV照射によるPL増強効果がZnS : Cu^+ナノクリスタルにも観測された。

利用聚丙烯酸（PAA）共存的反应场合成了纳米晶体均匀分散的透明胶体溶液，并研究了紫外线照射下PL增强效果的波长依赖性。在 240 nm 至 340 nm 的波长范围内连续测量时，研究了 PL 强度的时间变化。结果表明，激发光谱峰值波长（321 nm）处的照射具有最大的PL增强效果。另外，UV照射后激发光谱变得更宽，短波长侧的成分比例增加。由于紫外线照射引起的光学吸收光谱几乎没有变化，因此粒度分布几乎没有发生变化。认为通过UV照射引起的光化学反应，在ZnS:Mn^<2+>纳米晶表面生成ZnSO_4、Zn(OH)_2、S等，从而增强量子限域效应。然而，在PAA的羧基表面修饰的纳米晶体的胶体溶液中，通过光化学反应形成的涂层形成缓慢，因此推测上述效果较小。激子的离散能级在纳米晶体中形成。此外，纳米晶体由于其表面而具有缺陷水平。基于上述结果，提出了一种新模型，其中由紫外线照射激发的电子被捕获在该缺陷能级中，并且可以被激发到更高能级的激子，从而增加了激发光谱中短波长成分的比例。为了合成 ZnS : Cu^+ 纳米晶体，我们开发了一种合成方法，其中使用 Cu(I) 络合物将 Cu(I) 掺杂到 ZnS 中。该方法合成的ZnS:Cu^+纳米晶在波长527 nm处具有PL峰并发出绿光。 X射线光电子能谱也证实了Cu(I)的存在。此外，在ZnS:Cu^+纳米晶中也观察到了上述由于紫外线照射而产生的PL增强效应。