CN103205252A - 一种新型蓝色无机发光材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型蓝色无机发光材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种新型蓝色无机发光材料及其制备方法，该发光材料由以下原料制备而成：Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH，该材料可以表示为
Figure 2013101093649100004DEST_PATH_IMAGE001
。具有对设备和工艺过程的要求不高，生产成本较低，操作相对简单的特点，适用于蓝色发光器件的规模化工业生产，具有广阔的应用前景。

Description

一种新型蓝色无机发光材料及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米半导体发光材料技术领域，涉及一种新型蓝色无机发光材料，本发明还涉及该发光材料的制备方法。
背景技术
ZnO和ZnS（禁带宽度分别为3.37eV和3.68eV）材料作为宽禁带Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物，容易在禁带中引入缺陷能级而实现不同颜色可见光的荧光发射或在电场作用下实现电致发光。另外，纳米ZnS材料具有良好的热红外透明性、气敏性、磷光和荧光等特性，一直受到人们的广泛关注；而纳米ZnO材料则因具有压电和光电双重特性，而受到研究者的热爱。这两类材料所组成的异质结材料是紫外激光器和探测器的最佳备选材料，近年来，国内外的研究人员对ZnO和ZnS材料的异质结进行了一些研究，取得了许多成果。例如ZnO/ZnS异质结环，ZnS/ZnO异质结纳米带， ZnO/ZnS量子点异质结，花型ZnS/ZnO异质结，n-ZnO/p-CdTe薄膜异质结，ZnO/CdSe异质结，n-ZnO/p-Cu2O异质结，n-ZnO/p-Si异质结。但现阶段，仍未找到一种较好的方法来合成ZnO和ZnS这些化合物的异质结，因为这两类异质结化合物对合成条件特别敏感，如：ZnS表面的氧化，化合物间的固溶度等。因此采用一种廉价，简单，易重复的制备方法，来开发一种新型的高色纯度、高亮度的蓝色无机发光材料是蓝色发光器件商业化的重要途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型蓝色无机发光材料，解决目前蓝色发光器件中发光材料的原材料昂贵、污染环境及制备方法复杂的问题。
本发明的另一发明目的是提供上述发光材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是：
1. 一种新型蓝色无机发光材料，其特征在于，具有如下的化学组成表示式：                                                
Figure 531491DEST_PATH_IMAGE001
。
2. 上述发光材料的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤进行：
步骤1，设1:(1-m):m表示所使用的初始原料Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH的摩尔百分比，按照1:(1-m):m来称取Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH；
步骤2，将称取好的Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH放入玛瑙研磨中进行研磨，研磨时间为20分钟； 
步骤3，将步骤2所取得的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
步骤4，将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨即得。
3. 根据上述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中所述反应温度为130℃，反应时间为3h。
有益效果
本发明对比已有成果具有以下创新点：
1. 首次采用低温固相法合成了
Figure 386314DEST_PATH_IMAGE001
。
2. 与ZnO纳米颗粒相比，
Figure 353002DEST_PATH_IMAGE001
的发射强度显著提高。
本发明对比已有技术具有以下显著优点：
本发明所采用低温固相法对设备要求低，是一种廉价，简单，易重复的制备方法。 
附图说明
图1给出了296nm的紫外光激发下样品的发射光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种新型蓝色无机发光材料，具有如下的化学组成表示式：
Figure 685894DEST_PATH_IMAGE001
。
本发明还提供了该发光材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
步骤1，设1:(1-m):m表示所使用的初始原料Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH的摩尔百分比，按照1:(1-m):m来称取Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH；
步骤2，将称取好的Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH放入玛瑙研磨中进行研磨，研磨时间为20分钟； 
步骤3，将步骤2所取得的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
步骤4，将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨即得。
实施例1
1）预备原料Zn(CH3COO)2和NaOH，称取5.4489g Zn(CH3COO)2和1.024g NaOH； 
2）将称取好的Zn(CH3COO)2和NaOH放入玛瑙研磨中研磨20分钟；
3）将研磨好的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
4）将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨得到样品，即得到体色洁白的最终粉末材料。
实施例2
1）预备原料Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH，称取5.4170g Zn(CH3COO)2、0.0556g C2H5NS和0.9875g NaOH； 
2）将称取好的Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH放入玛瑙研磨中研磨20分钟；
3）将研磨好的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
4）将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨得到样品，即得到体色洁白的最终粉末材料。
实施例3
1）预备原料Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH，称取5.3959g Zn(CH3COO)2、0.0923g C2H5NS和0.9633g NaOH； 
2）将称取好的Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH放入玛瑙研磨中研磨20分钟；
3）将研磨好的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
4）将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨得到样品，即得到体色洁白的最终粉末材料。
实施例4
1）预备原料Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH，称取5.3646g Zn(CH3COO)2、0.1469g C2H5NS和0.9275g NaOH； 
2）将称取好的Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH放入玛瑙研磨中研磨20分钟；
3）将研磨好的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
4）将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨得到样品，即得到体色洁白的最终粉末材料。
实施例5
1）预备原料Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH，称取5.3439g Zn(CH3COO)2、0.1829g C2H5NS和0.9038g NaOH； 
2）将称取好的Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH放入玛瑙研磨中研磨20分钟；
3）将研磨好的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
4）将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨得到样品，即得到体色洁白的最终粉末材料。
实施例6
1）预备原料Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH，称取5.3131g Zn(CH3COO)2、0.2364g C2H5NS和0.8687g NaOH； 
2）将称取好的Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH放入玛瑙研磨中研磨20分钟；
3）将研磨好的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
4）将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨得到样品，即得到体色洁白的最终粉末材料。
测试结果
Figure 200401DEST_PATH_IMAGE002
上表中，m表示所使用的初始原料C2H5NS与Zn(CH3COO)2的摩尔百分比。实验结果表明：m≤0.03时，即实施例1和2中，得到的分别是未掺S和掺杂S的ZnO纳米颗粒发光材料，其化学式可以表示为：
Figure 960546DEST_PATH_IMAGE003
，属于ZnO六角纤锌矿单相结构；当所使用的初始原料C2H5NS与Zn(CH3COO)2的摩尔百分比m满足：0.03<m≤0.13时，即实施例3、4、5和6中，得到的是ZnO:S纳米颗粒和ZnS纳米颗粒构成的异质结材料，其化学式可以表示为：ZnO:S/ZnS纳米颗粒异质结，其中的ZnO:S纳米颗粒属于ZnO六角纤锌矿结构，ZnS纳米颗粒属于ZnS立方闪锌矿结构。因此，ZnS在ZnO中的固溶度大于3 mol%低于5mol%。
图1给出了296nm的紫外光激发下样品的发射光谱图，其相应的色坐标和相对积分发射强度见上表。从上表可见：本发明制备的发光材料，在296nm激发下，除实施例1显示出白色发光外，其余实施例均为蓝色发光材料，原因是实施例1的发光谱中包含红、绿和蓝光发射，因此组合成白色发光，而其他实施例的发光带位于350-600nm，峰值位于约460nm处，所以显示出蓝色发光（图1）。结果表明：
Figure 414530DEST_PATH_IMAGE003
纳米颗粒的发光强度明显高于未掺S的ZnO纳米颗粒，当m=0.03时得到的ZnO0.97S0.03样品的积分发射强度约为ZnO纳米颗粒的6倍。此外，ZnO:S/ZnS纳米颗粒异质结材料的发光强度均优于ZnO纳米颗粒的发光强度，当S的掺杂浓度为10mol%时（实施例5），其积分发射强度出现最大值，约为ZnO积分发射强度的25倍。因此
Figure 551114DEST_PATH_IMAGE003
和ZnO:S/ZnS纳米颗粒异质结材料可以在蓝色发光器件中获得应用。

Claims (3)

1. 一种新型蓝色无机发光材料，其特征在于，具有如下的化学组成表示式：                                                
Figure 2013101093649100001DEST_PATH_IMAGE001
。
2.一种权利要求1所述新型蓝色无机发光材料的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤进行：
步骤1，设1:(1-m):m表示所使用的初始原料Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH的摩尔百分比，按照1:(1-m):m来称取Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH；
步骤2，将称取好的Zn(CH3COO)2、C2H5NS和NaOH放入玛瑙研磨中进行研磨，研磨时间为20分钟； 
步骤3，将步骤2所取得的混合物转移到坩埚中，在干燥箱中130℃下反应3h，之后用去离子水溶解，离心分离，洗涤，得到沉淀物；
步骤4，将沉淀物在30℃下进行真空干燥10h，然后精细研磨即得。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3中所述反应温度为130℃，反应时间为3h。
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