纳米ZnO/CdSe@ZnS量子点自组装荧光薄膜的制备(2)

2009-11-27 亢海刚 华东理工大学材料科学与工程学院超细材料制备与应用教

3 结果与讨论

3.1 纳米氧化锌的晶体结构分析

  图3 为ZnO薄膜XRD图谱,从图中可见,2θ = 34.4°附近(002)晶面上有强而尖锐的衍射峰。另外在2θ = 36.2°和2θ = 72.5°处还有非常微弱的(101)和(004)衍射峰。说明采用GDARE 法沉积的ZnO 颗粒膜,其晶粒生长主要沿着(002)晶面,即沿着C 轴垂直衬底表面生长。但存在一定的衬底峰(馒头峰)。

ZnO薄膜XRD图谱

3.2 氧化锌薄膜的表面形貌分析

  图4为ZnO 颗粒膜的AFM 图像:(a)为立体形貌、(b)为平面形貌。图3(a)表明ZnO 薄膜以柱晶体生长,顶端呈针尖状,高低起伏程度较大,表面粗糙度大,且ZnO 纳米颗粒均为多孔柱状结构,这一特点使得其颗粒比表面积很大,有利于提高吸附活性,并使得吸附物质可深入薄膜深层。图3(b)可见,ZnO 晶粒尺寸分布范围较大,有许多大颗粒由小颗粒团聚而成,晶界相对较为模糊。经观察并粗略推算其平均粒径在50-80 nm 左右。

ZnO颗粒膜的AFM图像

3.3 自组装膜的紫外光谱特性

  图5给出了ZnO 薄膜、TGA、水溶性CdSe 量子点及ZnO/CdSe 组装膜的紫外吸收光谱。由可见,ZnO纳米颗粒膜在308 nm 处具有很强的尖锐的紫外吸收峰,而且组装CdSe量子点后峰位置未发生明显移动。但是峰强有所增加,这是由于CdSe量子点表面修饰剂TGA 的紫外吸收位置与其接近,造成一定程度的干扰。水溶性的CdSe 量子点在570 nm左右出现一微弱的肩峰,但自组装膜却没有表现出明显的吸收,表明组装在ZnO 阵列上CdSe 量子点相较于本体溶液为少,造成其吸收强度下降。

水溶性CdSe 量子点及ZnO/CdSe 组装膜的紫外吸收光谱

3.4 自组装膜的荧光特性

  图6是ZnO/CdSe组装膜的荧光发射谱,由图可以看出,组装后ZnO纳米颗粒在308 nm处仍显示出一个小的紫外发射峰,没有被CdSe量子点组装膜完全覆盖掉。而CdSe量子点在577nm处出现强度极大的可见发射峰,表明CdSe量子点已成功的组装在ZnO纳米颗粒膜上。由于ZnO纳米颗粒膜具有良好的电子传输能力而CdSe量子点在可见光区表现出较高的量子产率,因此可以利用自组装膜优异的电性能和光学性能,构建起具有优良光俘获能力的异质结构,从而大大提高光电流的产生效率,实现其在某些场合的应用,如进一步提高光伏器件的性能。

ZnO/CdSe组装膜的荧光发射谱

4 结论

  本文采用GDARE 技术制备了ZnO 纳米颗粒膜,XRD 分析表明晶粒生长主要沿着(002)晶面,薄膜呈现为有一定择优取向生长的多晶结构,AFM 图像观察到其平均粒径为50 – 80nm。采用层层自组装的方法在其表面组装了具有高量子产率的CdSe@ZnS 核壳量子点,考查了自组装膜的紫外吸收和荧光发射特性。实验表明自组装膜具有优异的荧光特性和双发射光谱特性,有望用于高光伏器件的应用。