[發明專利]一種基于Co摻雜ZnO的紅光材料的制備方法及應用

無效

• 申請號: 201110384810.8
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102533261A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 徐建萍;李美惠;李嵐;張曉松;吳燕宇;羅程遠;李萍;牛喜平
• 申請（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: C09K11/60
• 分類號: C09K11/60;H01L33/50
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及無機紅光材料技術領域，特別涉及一種基于Co摻雜ZnO的紅光材料的制備方法及應用。

背景技術

隨著現代光電顯示技術的日益成熟與完善，電致發光器件以其薄型化、輕量化、高亮度、高清晰度、低電壓化等優點正逐步成為目前光電器件領域中有著巨大應用前景與市場前景的新型光電器件。根據電致發光材料的不同，電致發光器件又可分為有機電致發光，無機電致發光和有機無機復合電致發光器件。雖然目前對電致發光器件的研究已經很多而且技術也相當成熟，但在基于紅綠藍全色顯示方面還存在較多問題：由于紅光發射對應的躍遷能量較小，因此紅光材料必須具備較小的能級差，而目前所使用的大部分發光材料都為寬禁帶半導體，可以容易的獲得藍光材料和綠光材料，而紅光材料的獲得相對較難，這就導致了紅光材料的匱乏，并且研究進展也明顯落后；另外目前所使用的發光材料如砷化鎵及各種有機物等可能具有毒性對人體有害又或者制備困難價格昂貴。因此性能優異的紅光材料成為實現全彩顯示的關鍵技術之一。

ZnO是寬禁帶直接帶隙半導體材料，室溫下帶隙約為3.3eV，作為一種新型的功能材料，ZnO具有無毒害，環境友好，生物相容，易于制備等優點，并且具有極其優異的光學性質，在光電顯示領域具有非常大的應用價值。對ZnO進行雜質摻雜不僅可以調節帶隙寬度還可以引入相應的雜質能級，從而改變ZnO的發光性質。Co是過渡族金屬元素，由于ZnO摻Co后容易出現鐵磁性是極具發展潛力的稀磁半導體材料，并且Co離子與Zn離子有著相近的離子半徑容易進行摻雜，因此人們大多集中于對Co摻雜ZnO的制備方法和磁性的研究，而對其發光性能的研究及應用還鮮有涉及。另外已有大量的文獻報道Co摻雜的ZnO在550nm-700nm的可見區出現了Co相關的吸收峰，這表明Co摻雜后在ZnO帶隙中形成了相應的雜質能級，并且對應的能級差比較小，有望制備出紅色發光材料，因此對Co摻雜ZnO進行深入的研究是非常有意義的。

發明內容

本發明的目的是針對上述存在的問題，提供一種基于Co摻雜ZnO的紅光材料的制備方法及應用，以提供一種新的紅光材料體系。

本發明的技術方案：

一種基于Co摻雜ZnO的紅光材料的制備方法，以具有纖鋅礦結構的ZnO為基質，以過渡族金屬元素Co為摻雜離子，采用化學共沉淀方法制備，步驟如下：

1)將鋅源和摻雜源與溶劑混合，超聲溶解30分鐘，得到鋅源和摻雜源的混合前驅液；

2)將共沉淀劑與同步驟1中相同的溶劑混合，超聲溶解30分鐘，得到共沉淀劑的前驅液；

3)在磁力攪拌條件下將上述共沉淀劑的前驅液加入到鋅源和摻雜源的混合前驅液中，磁力攪拌30分鐘，得到含有大量沉淀的渾濁溶液，將所得的渾濁溶液于水浴加熱條件下繼續反應2小時，最后將溶液離心分離；

4)將分離后得到的沉淀物分別用去離子水和無水乙醇洗滌3遍，干燥后，即可得到基于Co摻雜ZnO的紅光材料。

所述溶劑為無水乙醇或去離子水。

所述鋅源為乙酸鋅、硝酸鋅或氯化鋅，摻雜源為乙酸鈷、硝酸鈷或氯化鈷；鋅源和摻雜源的總量中鋅源的質量百分比大于95％，余量為摻雜源，鋅源和摻雜源與溶劑的用量比為0.01-0.05g/ml。

所述共沉淀劑為氫氧化鈉、氫氧化鋰或氫氧化鉀，共沉淀劑與溶劑的用量比為0.04-0.06g/ml。

所述水浴加熱溫度為70-90℃。

所述沉淀物的干燥溫度為40-60℃。

一種所述基于Co摻雜ZnO的紅光材料的應用，用作電致發光器件的功能層材料。

本發明的工作原理：Co離子在ZnO四面體晶體場中會產生能級劈裂，在ZnO禁帶中形成多個雜質能級，這些雜質能級能夠捕獲電子和空穴通過輻射復合發射出光子，另外根據Co離子在ZnO基質中的吸收位置及發射位置可以判定雜質能級的分布，一般這些雜質能級間能級差較小，是很好的紅色發光材料。

本發明的優點是：該基于Co摻雜ZnO的紅光材料具有優異的光學、電學、化學穩定性、熱穩定性以及無毒害、環境友好等特性，其制備方法工藝簡單、易于實施、成本低廉，適合規模化生產；該紅光材料顆粒尺寸小、易于分散、成膜性好，且摻雜濃度可控，可用作電致發光器件的功能層材料。

附圖說明

圖1為Co摻雜ZnO的X射線衍射圖。

圖2為Co摻雜ZnO的掃描電鏡圖。

圖3為Co摻雜ZnO的紫外-可見吸收光譜圖。

圖4為Co摻雜ZnO的光致發光光譜圖。

具體實施方式

實施例1：