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多孔结构ZnO及其电致发光性能/高琳锋等
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多孔结构ZnO及其电致发光性能*
高琳锋,安国斐,罗春荣,赵晓鹏
(西北工业大学理学院智能材料实验室,西安710129
摘要利用Sol-gel法制备了含制孔剂P123的ZnO前驱体,通过无皂乳液聚合法和分步乳液聚合法制备了不
同粒径的PS小球,采用共沉积法得到P123- PS-ZNO凝胶。高温煅烧去除有机模板剂P123和PS,从而制备出系列孔
径可控的多孔ZnO电致发光材料。研究表明,多孔结构可以显著改善Zn)的电致发光性能;乙n)发光强度随PS粒
度的改变而政变,当使用100nmPS小球为模板时,多孔ZnO材料的相对发光强度较未使用PS模板提高了4.03倍。
关键词7nOPS多孔结构电致发光
中图分类号:O472.3
文献标识码:A
Hierarchically Porous Zno and Its Electroluminescence Characteristics
GAO Linfeng, AN Guofei, LUO Chunrong, ZHAO Xiaopeng
(Smart Materials Labora ory, School of Science, Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710129
Abstract Zno precursor with P123 was prepared by the method of sol-gel. By the means of emulsifier-free
polymerization approach and two-step emulsion polymerization approach, PS spheres with different diameters were
prepared. The PS spheres and Zno precursor were mixed together to prepare the P123-PS-ZNO gel by the method of
co-deposition. After removing the organic template P123 and PS of the P123-PS-ZNO gel by annealing, the hierarchical
pore structure of Zno could be obtained. The investigation of electroluminescence(EL) spectra shows that hierarchical
pore structure is able to largely improve the Zno EL performance, The luminous intensity alter with the change of
diameter of PS spheres. When the diameter of PS sphere reaches 100nm, the relative luminous intensity of the hierar
chical porous Zno material is 4.03 times more than that of the sample without PS template.
Key words zinc oxide, polystyrene, porous structure, electroluminescence
ZnO是一种直接宽带隙半导体材料,在室温下的带隙能材料。本实验对多孔ZnO的电致发光性能进行了测试,并系
为3.37eV,具有优异的光电特性。自从1996年报道了Zn()统地研究了PS小球粒径对Zn()可见光波段电致发光性能
薄膜室温下的近紫外光泵浦受激发射以来口,关于ZnO受激的影响。
发射行为的研究已成为国际前沿课题。相对于光泵浦,电泵
浦激励的光电装置因结构简单、发光均匀、耗电量小等优点
实验
而更具实用性,因此实现ZnO各波段的电泵浦受激发射具有1.1主要试剂
很大的研究价值。ZnO发射光谱主要包括紫外区域的本征
聚乙烯吡咯烷酮(PVP,德国BASF公司)、过硫酸钾
发射和可见光区域的缺陷发射两部分2-5],而可见光波段的(KPS,国药集团化学试剂有限公司)、正丁醇(C1H2OH,西
缺陷发光特性与材料结构及表面状态密切相关68。氧化锌安化学试剂厂)、十二烷基硫酸钠(SDS,天津市河北区海晶
缺陷可通过高能激光在溶液中烧蚀锌片等一些方法制备。精细化工厂)、乙酸锌(Zn(Ac)2?2H2O,天津市化学试剂六
这些方法需要极端物理条件或复杂的化学过程,苛刻的实验厂)、氢氧化锂(IiOH?H2),天津市巴斯夫化工有限公司)、
条件限制了发光材料的批量生产。另外这些方法制备的缺无水乙醇(C2HOH,安徽安特生物化学有限公司)、 Pluronic
陷很不规整,限制了发光机制等一系列研究的深人进行。规P123(美国 Sigma- Aldrich公司)均为分析纯级试剂。苯乙烯
整的多孔氧化锌由于分级存在的微孔、介孔或大孔可表现出(C8H8,天津市巴斯夫化工有限公司)需要用氢氧化钠处理。
不同的作用,多孔ZnO材料的整体性能可得到显著提高。
1.2PS小球的制备
本课题组前期研究了单一P123为模板剂制备的介孔氧
称取10g苯乙烯单体,0.80g聚乙烯吡咯烷酮,80mL超
化锌电致发光材料「0-四。在此基础上,本实验通过双模板剂纯水,转置于250mL三口烧瓶中,通氮气使实验处于氮气气
法、共沉积法得到P123- Sino凝胶,再采用高温煅烧去除氛的保护,水浴加热,并以300r/min的转速搅拌。水浴升温
有机模板剂制备了系列孔径可控的多孔结构ZnO电致发光到70℃后,匀速滴加20mL引发剂KPS(0.15g),15min内滴
兴国家自然科学基金资助项目(60778042);863计划资助项目(2007DPO20001)
高琳锋:男,1985年生,硕士生F-mail:gaolinfeng2008@126.com赵晓鹏:通讯作者,教授E-mail:xpzhao(@nwpu,cdu.cn