镓酸锌（ZnGa2O4）粉体与薄膜的制备与光电性质的研究

admin · 发表于 2024-3-11 09:17:08

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宽禁带半导体镓酸锌（ZnGa2O4）具有很高的化学稳定性和很强的抗辐射损伤能力，从而具有很广泛的用途。深入系统研究ZnGa2O4的制备方法，探讨了其与组织结构和性能的联系，对于促进其应用进展十分重要。本文制备了ZnGa2O4粉体和薄膜，详细研究了其制备方法、结构、形貌、组分与发光和光催化性能之间的关系，并提出了改性方法。利用柠檬酸络合、共沉淀法和固相反应的方法，分别得到了纳米级和微米级ZnGa2O4及ZnGa2O4:Cr3+红色荧光粉，研究了不同制备方法对粉体颗粒度、微观形貌、光致发光性能的影响，考察了制备工艺中pH值、水浴温度、Zn/Ga、Cr3+浓度，热处理温度、热处理时间等因素对ZnGa2O4:Cr3+光致发光性能的影响。利用低温技术，对ZnGa2O4:Cr3+的精细光谱的各个峰位进行了详尽的标定。对ZnGa2O4基质进行Mg和Al的掺杂改性，增加了荧光粉的能隙和晶体场强度，使激发峰蓝移，减少了晶体中畸变数量，提高了材料的光致发光性能。利用溶胶浸渍提拉法，制备了ZnGa2O4:Cr3+红色荧光薄膜，实现了荧光粉的固定化。利用乙酰丙酮和乙醇胺作为稳定剂和成膜促进剂，制备了大面积、颗粒堆积致密、厚度均匀的ZnGa2O4:Cr3+薄膜，系统研究了煅烧温度、提拉次数、煅烧气氛和基片类型对ZnGa2O4:Cr3+薄膜成分、表面形貌和光致发光性能的影响。利用聚苯乙烯微球技术，制备了具有球壳、环状等特殊形貌的ZnGa2O4:Cr3+阵列薄膜。利用丝网印刷的方法，制备了ZnGa2O4:Cr3+粉体为发光层的交流电致发光器件。电致发光光谱与光致发光光谱一致；发光强度随所加驱动电压、频率的增加而增强。首次研究了ZnGa2O4粉体与薄膜在紫外光辐照下降解亚甲基蓝（MB）的光催化性能。pH值、气氛、催化剂浓度和温度等因素均会对MB降解速率产生影响。计算了ZnGa2O4的导带与价带的能级位置，并利用电子顺磁共振技术证明了羟基自由基的存在，探讨了其光催化原理。通过Cd掺杂减小了光催化剂的能隙，在一定程度上提高了光源的利用率，同时在晶体结构中产生了电偶极矩，从而提高了光催化性能。通过还原气氛中热处理ZnGa2O4，研究了发光与光催化之间的关系。

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