Znse纳米粒子随时间变化的结构和光学性质的退火研究

Bui Thi Thu Hien¹，阮秋贷款¹，范氏翠²和陈氏金智^1＊

¹越南科学技术研究院材料科学研究所，越南

²西贡大学，越南

*通讯作者:: 陈氏金智
材料科学研究所
越南科学技术研究院，越南
电话:0989832333
电子邮件: (电子邮件保护)

收到的日期: 29/09/2018;接受日期:05/11/2018;发布日期: 12/11/2018

DOI: 10.4172 / 2321 - 6212.1000236

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摘要

本文以硒和锌粉为前驱体，采用水热法成功制备了ZnSe纳米颗粒(NCs)，退火时间为5÷30小时，退火温度为190℃。采用x射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectroscopy)、高分辨透射电镜(HRTEM)和吸收/光致发光光谱研究了退火时间对ZnSe NCs结构和光学性能的影响。结果表明，随着退火时间的延长，ZnSe纳米碳化物的尺寸和发光效率都有所提高。获得的ZnSe NCs具有较高的晶体质量和发光效率，能发出470nm的蓝光，全宽半极大值(FWHM)约为16 nm，这表明它们在固态照明中具有潜在的应用前景。

关键字

退火时间，Znse结晶，水热，光学性能

简介

近年来，II-VI化合物半导体材料(如CdSe, CdS, ZnS…)由于其在led，太阳能电池，激光，场发射器，光电探测器，荧光探针等方面的潜在应用，引起了研究人员的极大兴趣。生物传感器等等。到目前为止，这些材料是研究最多的纳米晶体胶体系统，其颗粒直径在1.5到12纳米之间被控制生长，其尺寸依赖的吸收边覆盖了整个可见光谱[1-9］．然而，在UV-blue范围内具有优势的小纳米晶体的制备仍然具有挑战性。到目前为止，这些新合成的纳米晶体表现出低量子产量和宽发射。这限制了蓝色，并证明了其他材料的发展，如ZnSe。

ZnSe半导体(2.67 eV)具有较大的激子诱惑能量(21 meV)和在蓝色区域的强发光性，被认为是一种潜在的光电器件材料，包括蓝色激光二极管、发光二极管(led)和光电探测器以及基础研究。此外，这些无cd材料被认为是生物医学标签的良好候选者，并用于先进光电子器件的活性区域[10-27］．我们收集到的最新出版物主要集中在不同的材料制备方法上。大多数文献报道了纳米晶体的形状和尺寸随合成条件(反应温度、pH、前驱体配比以及表面活性剂的作用等)的变化，其中只有少数报道了纳米晶体的形状和尺寸随合成条件的变化光学ZnSe的性质。

本文介绍了水热法在190℃、不同退火时间(5÷30 h)下合成ZnSe NCs的结果，并研究了退火时间对ZnSe NCs结构和光学性能的影响。介绍并讨论了室温光学吸收和发光、元素分析、粉末x射线衍射(PXRD)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)的表征。

实验部分

化学物质

锌粉、硒粉购自Sigma-Aldrich，氢氧化钠、无水乙醇购自Merck。这项工作中使用的所有化学品都是在收到后购买并使用的，没有任何进一步的提纯。

实验的程序

在聚四氟乙烯衬里的热压釜中成功地用水热法合成了硒化锌(ZnSe)纳米颗粒。直接以硒粉和锌粉为原料。

首先，将一定量原子比为1.5:1的Zn和Se粉末放入100ml的Teflon高压釜中，然后向Teflon衬垫中倒入4 M NaOH水溶液，容量为总容量的70%。悬浮液立即在高压釜中密封，然后在190°C下浸泡5小时(h)至30小时。然后让高压灭菌器自然冷却到室温。离心沉淀法收集产物，用离子水和无水乙醇反复洗涤。最后，样品在80°C下干燥2小时。所得粉体呈浅黄绿色。

特征

通过x射线衍射(XRD, D8 ADVANCE)和拉曼散射(LabRam HR Evolution使用532 nm激光激发)对所得样品的结构进行了研究。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM, S-4800, HITACHI)和高分辨率透射电子显微镜(JEM 2100, JEOL)对其表面形貌进行了EDX分析。用PL测量进行光学表征。PL信号由150光栅单色仪(Horiba iHR550)分散，然后由热电冷却Si-CCD摄像机(Synapse)检测。

结果与讨论

图1为ZnSe不同退火时间制备的样品的XRD谱图。所有衍射峰高度对称，与ZnSe(00-037-1463)的标准数据吻合良好。衍射峰的2θ值分别为27.220、45.190、53.560、65.830、72.620和83.4490，分别与(111)、(220)、(311)、(400)、(331)和(422)指数较好。结果表明，合成的样品处于立方相。不同退火时间的样品具有相似的峰位，但衍射强度不同，这是指结构相的相似性。高结晶度也可以通过HRTEM图像确认，如图所示图2．通过拉曼散射研究了退火时间对样品结构性能的影响。图3显示了ZnSe的典型拉曼光谱，三条拉曼线在138厘米处^－1， 203厘米^－1250厘米^－1分别对应2TA、to和LO声子模式[28-30.］．

图1:在190℃、5 ~ 30小时的不同退火时间下制备的样品的XRD谱图。

图2:ZnSe NPs在190°C退火20小时的HRTEM图像。尺寸条代表2nm。

图3:ZnSe不同退火时间的拉曼光谱。

图4为ZnSe nc的stem映射图像，表明Zn和Se的存在。图5为ZnSe在190℃条件下5 ~ 30小时的SEM图像。结果表明，退火时间对ZnSe纳米颗粒的形状和晶粒尺寸有影响。在5小时的退火过程中，可以观察到粒径较小(约80 nm)和较大(800 nm)的ZnSe纳米颗粒。随着退火时间的增加，ZnSe纳米颗粒的粒径也随着粒径范围的减小而增大。例如，当退火时间增加到30 h时，观察到一些约900 nm的规则大晶体。

图4:ZnSe NPs的stem映射图像。

图5:ZnSe NPs在不同退火时间下的SEM图像。

给出了不同合成时间下ZnSe量子点样品的光致发光光谱图6．用350 nm的激发源激发样品。ZnSe纳米粒子发射出470 nm的蓝光，半最大全宽(FWHM)约为16 nm。结果表明，ZnSe的PL强度随着退火时间的延长而增加。

图6:ZnSe NPs的光致发光光谱。

结论

采用水热法制备了ZnSe纳米碳酸盐。通过XRD分析、拉曼光谱和HR-TEM分析，证实了制备的ZnSe NCs的相形成和结晶度。ZnSe纳米碳化物的光谱呈现出蓝色的光致发光峰，并随着退火时间的延长而增加。

致谢

这项工作得到了VTG03.18和VAST.HTQT.Phap.01/17-18的支持。感谢电子材料与器件国家重点实验室(VAST/IMS)使用我们的设施。

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