臺灣博碩士論文加值系統

摘要
本研究係以膠體共沉法合成硫化鋅系列奈米螢光體，以探討主體組成對螢光體發光特性之效應。同時我們利用X光繞射、光致發光光譜與掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡進行晶體與微結構特性鑑定。
以膠體共沉法合成硫化鋅與硫化鋅摻錳的研究顯示，主體的晶體結構並無不同；且硫化鋅濃度高的結晶性較佳。
光致發光光譜發光強度分析顯示，摻錳1~3mol% 的奈米硫化鋅晶體，其發光強度最強。特別值得注意的是所摻雜活化劑錳的濃度在1~3mol%時，將造成螢光體呈現最大的發光效率；但若少於或超過此濃度，則發光強度呈現下降。推測此現象可能為濃度淬滅效應（concentration quenching）或消光效應。

目錄

摘要 …………………………………………………………… Ⅰ
研究動機目的 ………………………………………………… Ⅱ
目錄 …………………………………………………………… Ⅲ
表目錄 ………………………………………………………… Ⅵ
圖目錄 ………………………………………………………… Ⅶ

第一章 緒論 …………………………………………………… 1.
1-1 前言 ………………………………………………… 1.
1-2 螢光材料簡介（螢光體） ………………………… 2.
1-3 奈米螢光體簡介 …………………………………… 4.
1-3.1 奈米材料 …………………………………… 4.
1-3.2 奈米螢光體 ……………………………… 6.
1-4 螢光體的應用 …………………………………… 7.

第二章 理論基礎與文獻回顧 ………………………………… 8.
2-1 螢光體發光機制 ………………………………… 8.
2-2 螢光體發光原理 ………………………………… 11.
2-2.1 螢光體能量之激發與吸收 ……………… 11.
2-2.2 螢光放射和非輻射轉移 ………………… 13.
2-3 螢光體製程技術原理 …………………………… 15.
2-3.1 固態燒結法 ……………………………… 16.
2-3.2 膠體共沉法 ……………………………… 16.
2-3.3 水熱合成法 ………………………………… 17.
2-3.4 溶膠-凝膠法 ……………………………… 17.
2-4 發光中心之種類與原理 ………………………… 18.
2-5 螢光材料的設計 …………………………………… 20.
2-6 硫化鋅型螢光體之簡介 …………………………… 22.
2-6.1 發現歷史 …………………………………… 22.
2-6.2 硫化鋅的性質與應用 ……………………… 23.
2-6.3 硫化鋅的主體晶體結構介紹 ……………… 24.

第三章 實驗方法及步驟 ……………………………………… 25.
3-1 實驗藥品 ………………………………………… 25.
3-2 實驗步驟 ………………………………………… 27.
3-2.1 ZnS螢光體之製備 ……………………… 27.
3-2.2 ZnS：Mn螢光體之製備 ………………… 28.
3-3 特性鑑定儀器設備 ……………………………… 29.
3-4 材料特性量測 …………………………………… 31.

第四章 結果與討論 …………………………………………… 33.
4-1 膠體共沉法 ……………………………………… 33.
4-1.1 ZnS主體的合成與鑑定 ………………… 33.
4-1.2 ZnS：Mn螢光粉之合成與鑑定 ………… 33.
4-2 螢光粉微結構及粒徑之研究 　…………………… 34.
4-3 奈米硫化鋅系螢光粉發光特性之研究 ………… 35.

第五章 結論 ………………………………………………… 36.
第六章 參考文獻 …………………………………………… 66.





















表目錄

表1-1. 可見光對應之波長及顏色 …………………………… 38.
表1-2. 螢光體之應用 ………………………………………… 39.
表1-3. 各種顯示器的發光原理 ……………………………… 40.
表2-1. 螢光與磷光發光機制選擇率與衰減期的比較 ……… 41.
表2-2. 不具光學活性的陰離子團表 ………………………… 42.
表2-3. 二六族半導體材料之能隙 …………………………… 43.
表2-4. 摻雜不同活化劑ZnS作為螢光體之用途 ………… 43.
表3-1. 實驗合成參數表 ……………………………………… 44.



















圖目錄

圖1-1. 能量吸收轉換圖 ……………………………………… 45.
圖1-2. 螢光體中的能量傳遞圖 ……………………………… 46.
圖2-1. 光的三原色與顏料三原色圖 ………………………… 47.
圖2-2. 人眼對紅、藍、綠三色光的刺激值 ………………… 48.
圖2-3. CIE色度座標圖 ……………………………………… 49.
圖2-4. 解釋螢光體能量吸收與放射之組態座標圖 ……… 50.
圖2-5. 螢光體受紫外線激發之示意圖 …………………… 51.
圖2-6. 電子能量釋放示意圖 ………………………………… 52.
圖2-7. 螢光體之stokes shift示意圖 ……………………… 53.
圖2-8. S＞5，強偶合圖 ……………………………………… 54.
圖2-9. ZnS立方體圖 ………………………………………… 55.
圖2-10. ZnS六方體圖 ……………………………………… 55.
圖3-1. 實驗流程圖（合成ZnS） …………………………… 56.
圖3-2. 實驗流程圖（合成ZnS：Mn） …………………… 57.
圖3-3. PL裝置圖 ……………………………………………… 58.
圖4-1（a、b）. 共沉法所合成ZnS之XRD繞射圖譜 ……… 59.
圖4-2（a、b）. 共沉法所合成ZnS：Mn之XRD繞射圖譜… 60.

圖4-3（a~g）. 共沉法所合成ZnS, ZnS：Mn之
SEM影像圖 ………………………………… 61.
圖4-4（a~b）. 共沉法所合成ZnS之TEM影像圖 ……… 63.
圖4-5（a~f）. 共沉法所合成ZnS：Mn之PL光譜
對時間之比較圖 …………………………… 64.

參考文獻

【1】R.N. Bhargava, D.Gallagher, X. Hong, A. Nurmikko, "Optical Properties of Manganese-Doped Nanocrystals of ZnS", Phys. Rev. Lett.Vol.72(3), 416(1994).
【2】蘇勉曾、吳世康，"螢光材料" ，發光材料，第四卷，1~39頁。
【3】吳國欽，蕭玉蘭編著，”奈米粒子材料的觸媒性質”，化工資訊，
5，P.42，（1999）.
【4】徐春祥，黃磊，陸祖宏，發光學報，20，（1999），239.
【5】徐修生，碩士論文，國立成功大學材料科學及工程學系，民國91年。
【6】陳昱霖，碩士論文，" 石榴石(Y3Al5O12)螢光體之合成與性質研究"，國立成功大學材料科學及工程學系，民國90年。
【7】陳怡冰，碩士論文，"鹼土硫化物螢光粉之新穎合成與發光特性之研究"，國立交通大學應用化學系，民國90年。
【8】G. Blasse and B.C Grabmaier, " Luminescent Materials",
Springer Verlag, Berlin Heidelberg, Germany(1994).
【9】高逢時，黑夜的精靈 – 螢光體。
【10】G. Blasse and B.C Grabmaier, " Luminescent Materials", p.13 and p.35, Springer Verlag, Berlin Heidelberg, ermany(1994).
【11】W. R. Blumenthal, D.S. Phikips, J. Am. Ceram. Soc.,79,1047(1996).
【12】M. Gomiand Kanie, Jpn. J. Appl. Phys., 35, 1798 (1996).

【13】林淑萍，碩士論文，"LaMnO3粉末之製備及其性質之研究"，國立成功大學材料科學及工程學系，民國90年。
【14】R.P. Rao, J. Electrochem. Soc., 143,（1996）, 189.
【15】楊俊英著，” 電子產業用螢光材料之調查 ”，p.7，工研院，民國81年。
【16】G. Blasse and B.C Grabmaier, " Luminescent Materials", Springer Verlag, Berlin Heidelberg, Germany(1994).
【17】R.C Ropp,"Luminescence and the solid state", Elsevier Science Publishers,B.V., The Netherlands(1991).
【18】Shigeo Shionoya, "PHOSPHOR HANDBOOK", CRC Press LLC, New York, U.S.A (1999).
【19】D.R. Vij and N. singh, "Luminescent and Related Properties of Ⅱ-Ⅵ semiconductors", Nova Science Publishers(1998)..
【20】唐自標，博士論文，私立大同工學院材料工程研究所，民國87年。.
【21】Hua Yang, zichen Wang, Lizhu Song, Muyu Zhao, Yimin Chen, Kai Dou, Jiaqi Yu, Li Wang, "Study of optical properties of manganese doped ZnS nanocrystals", Materials Chemistry and Physics 47, 249~251, (1997).
【22】L.M. Gan, B. Liu, S. J. Chua, G. L. Loy, and G. Q. Xu, "Enhanced photoluminescence and Characterization of Mn-Doped ZnS Nanocrystallites Synthesized in Microemusion", Langmuir 13, 6427~6431, (1997).
【23】M. Ihara, T. Igarashi, T. Kusunoki, K. Ohno, "Preparation and Characterization of Rare Earth Activators Doped Nanocrystal Phosphors", J. Electrochem. Soc., 147(6), 2355~2357(2000).
【24】Yadong Li, Yi Ding, Yue Zhang, Yitai Qian, "Photophyscial properties of ZnS quarm dots", J. Physics and Chemistry of Solids 60, 13~15, (1999)..
【25】Kelly Sooklal, Brian S. Cullum, s. Michael Angel, and Catherine J. Murphy, "Photophyscial properties of ZnS Nanoclusters with Spatially Localized Mn2+,,, J. Phys. Chem., 100,4551*4555, (1996)..
【26】D.R. Vij and N. Singh, “ Luminescence and Related Properties of Ⅱ-Ⅵ Semiconductors”, p.169, Nova Science Publishers, （1998）.
【27】熊怡之, 碩士論文, 清華大學化學工程研究所, 1989年.
【28】P. Goldberg, "Luminescence of Inorganic Solids", Acadamic Press Inc., New York, (1966).
【29】JCPDS-ICCD, PPDF-number : 800020..
【30】G. Harkonen, M. Leppanen, E. Soininen, R. Tomqvist, Viljanen, "Multicolour thin film electroluminescent displays: a new application of rare earth metals", J. Alloys and Compounds 225, 552-554(1995).