SiNWs:Tb^3+的光学稳定性及Si纳米线对其发光特性的影响

编号：CPJS06187

篇名：SiNWs:Tb^3+的光学稳定性及Si纳米线对其发光特性的影响

作者：杨瑞臣 耿小丕 范志东 李旭 马蕾 高永慧 付莹 王欣欣

关键词： SI纳米线 Tb3+绿光发射 光学稳定性 荧光纳米材料

机构： 承德石油高等专科学校数理部 河北大学物理科学与技术学院 河北大学电子信息工程学院 承德石油高等专科学校计算机与信息工程系

摘要： 荧光纳米材料不但具备纳米材料的优势,同时还具有优异的光学性质,被广泛应用于荧光标记、离子识别、荧光免疫分析、光学成像和医学诊断等方面。因此,荧光纳米材料的制备、结构分析和荧光特性等方面的研究备受人们的关注。为了获得发光强度大、荧光量子效率高和制备过程可控的Si基荧光纳米材料,实验进一步研究了Si纳米线对样品发光特性的影响和样品的光学稳定性。首先,基于固-液-固生长机制,在反应温度为1100℃、N2气流量为1500sccm、生长时间为15~60min等工艺条件下,分别以"抛光"和"金字塔"织构表面的单晶Si(100)为衬底,生长出不同长度和分布的Si纳米线;以Au或Au-Al合金膜层作为金属催化剂,生长出密度分别约为10^8和10^10cm^-2的Si纳米线;然后,利用L4514自动控温管式加热炉,基于高温固相法,在温度为1100℃、掺杂时间为60min和N2气流量为1000sccm等工艺条件下,以高纯Tb4O7(99.99%)粉末为稀土掺杂剂对不同Si纳米线衬底进行稀土掺杂,制备一系列的荧光纳米材料SiNWs:Tb^3+样品;室温下利用HitachiF-4600型荧光分光光度计,固定激发光波长为243nm、激发光狭缝为2.5nm、发射光狭缝为2.5nm、扫描波长范围为450~650nm、光电倍增管(photomultiplier lube,PMT)电压为600V等参数下,测量了不同样品的光致发光特性;最后,实验测试了该荧光纳米材料的光学稳定性,如时间(0~30d)、温度(300~500K)、酸碱(pH1和11)、抗光漂白(0~120min)等稳定性以及水溶性和分散性。结果显示,在衬底为"金字塔"织构表面上、生长时间为30min、以Au为金属催化剂等条件下制备的Si纳米线为Tb^3+掺杂衬底时,SiNWs:Tb^3+的绿光发射强度较大,其发光强峰值位于554nm,属于能级5D4→7F5的跃迁,另外在波长为494,593和628nm出现了三条发光谱带,它们分别属于能级5D4→7F6,5D4→7F4和5D4→7F3的跃迁。另外,样品展示出了优异的时间、温度、�