ВЛИЯНИЕ ИОНОВ СВИНЦА НА ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ ПОЛИМЕТИЛМЕТАКРИЛАТ/(Zn,Pb)S/CdS/(Zn,Pb)S
Аннотация
В работе приведены результаты исследования влияния ионов свинца на фотолюминесцентные свойства наноструктур типа «ядро/оболочка/оболочка» на основе сульфидов цинка и кадмия, синтезированных in situ в процессе формирования полиакрилатной композиции. Наночастицы ZnS/CdS/ZnS и (Zn,Pb)S/CdS/(Zn,Pb)S получены методом коллоидного синтеза в среде (поли)метилметакрилата. Коллоидные растворы отверждены до стеклообразного состояния радикальной термической полимеризацией метилметакрилата в блоке. Для инициирования полимеризации в растворы введена перекись бензоила в количестве 0,1 % от массы метилметакрилата. Вывод об образовании в полимерной матрице наноразмерных частиц сложного состава сделан из сопоставления спектров люминесценции и возбуждения люминесценции композиций, содержащих частицы ZnS и CdS, и их структуры. В спектрах фотолюминесценции композиции (поли)метилметакрилат /(ZnS/CdS/ZnS) зарегистрированы две сложные полосы, связанные с дефектами кристаллической решетки частиц ZnS (380 – 530 нм) и CdS (530 – 840 нм). Возбуждение фотолюминесценции происходит в результате межзонных переходов электронов в каждом из полупроводниковых слоев, а также при переходах электронов из зоны проводимости на уровни дефектов, расположенные в запрещенной зоне полупроводниковой структуры. В спектре возбуждения люминесценции им соответствуют полосы различной интенсивности в области 300 – 420 нм и 300 – 480 нм. Из перекрывания полос люминесценции ZnS и возбуждения люминесценции CdS сделан вывод о поглощении излучения ядра покрывающим слоем CdS и переносе энергии с уровней дефектов структуры ZnS на уровни дефектов структуры CdS на границе слоя. Легирование слоев сульфида цинка ионами свинца приводит к изменению спектра люминесценции в области 380 – 530 нм и исчезновению полосы люминесценции CdS в диапазоне 530 – 840нм. Наблюдающиеся изменения связаны с дефектами, которые создают ионы Pb2+ в кристаллической решетке внешней оболочки ZnS и экранированием оболочкой (Zn,Pb)S внутренних слоев от проникновения возбуждающего излучения.
Литература
Loste J., Lopez-Cuesta J.-M., Billon L., Garay H., Save M. Transparent polymer nanocomposites: An overview on their synthesis and advanced properties. Prog. Polym. Sci. 2018. V. 89. P. 133-158. DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2018.10.003.
Mamiyev Z., Balayeva N. Preparation and optical studies of PbS nanoparticles. Opt. Mater. 2015. N 46. P. 522-525. DOI: 10.1016/j.optmat.2015.05.017.
Sun X., Xie L., Zhou W., Pang F., Wang T., Kost A. R., An Z. Optical fiber amplifiers based on PbS/CdS QDs modified by polymers. J. Opt. Soc. Am. 2013. V. 21. N 7. P. 8214 – 8219. DOI: 10.1364/OE.21.008214.
Zhao H., Liang H., Vidal F., Rosei F., Vomiero A., Ma D. Size dependence of temperature-related optical properties of PbS and PbS/CdS core/shell quantum dots. J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. P. 20585 – 20593. DOI: 10.1021/jp503617h.
El-Toni A. M., Habila M. A., Labis J. P., ALOthman Z. A., Alhoshan M., Elzatahry A. A., Zhang F. Design, syn-thesis and applications of core–shell, hollow core, and nanorattle multifunctional nanostructures. Nanoscale. 2016. V. 8. N 5. P. 2510-2531. DOI: 10.1039/c5nr07004j.
Ramya E., Rao M.V., Rao D.N. Third-order nonlinear optical properties of CdSe/ZnS/CdSe core-shell-shell quantum dots. Phys. E: Low-dimensional Syst. Nanostruct. 2019. V. 107. P. 24-29. DOI: 10.1016/j.physe.2018.11.010.
Ca N.X., Hien N.T., Luyen N.T., Lien V.T.K., Thanh L.D., Do P.V., Bau N.Q., Pham T.T. Photoluminescence properties of CdTe/CdTeSe/CdSe core/alloyed/shell type-II quantum dots. J. Alloys Compd. 2019. V. 787. P. 823-830. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.02.139.
Talapin D.V., Nelson J.H., Shevchenko E.V., Aloni S., Sadtler B., Alivisatos A.P. Seeded growth of highly lumi-nescent CdSe/CdS nanoheterostructures with rod and tetrapod morphologies. Nano Lett. 2007. V. 7. P. 2951-2959. DOI: 10.1021/nl072003g.
Talapin D.V., Koeppe R., Götzinger S., KornowskiA., Lupton J.M., Rogach A.L., Benson O., Feldmann J., Weller H. Highly emissive colloidal CdSe/CdS heterostructures of mixed dimensionality. Nano Lett. 2003. V. 3. P. 1677-1681. DOI: 10.1021/nl034815s.
Virpal Hastir A., Sharma S., Singh R.C. Structural, optical and dielectric properties of lead doped ZnS nanoparticles. Appl. Surf. Sci. 2016. N 372. P. 57–62. DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.03.046.
Smagin V.P., Davydov D.A., Unzhakova N.M., Biryukov A.A. Synthesis and spectral properties of colloidal solu-tions of metal sulfides. Russ. J. Inorg. Chem. 2015. V. 60. N 12. P. 1588–1593. DOI: 10.1134/S0036023615120244.
Smagin V.P., Isaeva A.A., Eremina N.S., Biryukov A.A. Synthesis and absorption and luminescence spectra of poly(methyl methacrylate):Cd(Mn,Pb)S composites. Russ. J. Appl. Chem. 2015. V. 88. N 6. P. 1020−1025. DOI: 10.1134/S1070427215060208.
Smagin V.P., Eremina N.S., Isaeva A.A., Lyakhova Yu.V. Synthesis and luminescence spectra of poly(methyl methacrylate)/CdS:Ln(III) composites. Inorg. Mater. 2017. V. 53. N 3. P. 263–270. DOI: 10.1134/S0020168517030086.
Ali U., Karim K.J.B.A., Buang N. A.A Review of the properties and applications of poly (methyl methacrylate) (PMMA). Polym. Rev. 2015. V. 55. N 4. P. 678-705. DOI: 10.1080/15583724.2015.1031377.
Isaeva A.A., Smagin V.P. Influence of synthesis conditions on the photoluminescence of poly(methylmethacrylate)/(ZnxCd1 – x)S compositions. Russ. J. Inorg. Chem. 2019. V. 64. N 10. P. 1199 – 1204. DOI: 10.1134/S0036023619100061.
Saluja J. K., Parganiha Y., Tiwari N., Dubey V., Tiwari R., Prab-hath A. Mechano and photoluminescence spectra of cadmium sulphide and cadmium selenide doped phosphors. Optik. 2016. N 127. P. 7958–7966. DOI: 10.1016/j.ijleo.2016.05.011.
Korsakov V.G., Sychov M.M., Bahmetiev V.V. Synthesis and properties of nanodispersed semiconductors A2B6 and nanoluminophores. Overview. Kondens. Sredy Mezhfaz. Gran. 2012. V. 14. N 1. P. 41 – 52 (in Russian).
Kuchakova T.A., Vesna G.V., Makara V.A. Effect of proton radiation on the kinetics of phosphorescence decay in the ceramic material ZnS-Cu. Semiconductors. 2004. V. 38. P. 1275 – 1279. DOI: 10.1134/1.1823058.
BacherikovYu.Yu., Vorona I.P., Optasyuk S.V., Rodionov V.E., Stadnik A.A. Certain features of Ga diffusion in ZnS powders. Semiconductors. 2004. V. 9. N 38. P. 987–991. DOI: 10.1134/1.1797471.
Pramod H. Borse, Vogel W., Kulkarni S.K. Effect of pH on photoluminescence enhancement in Pb-doped ZnS nanoparticles. J. Colloid Interface Sci. 2006. N 293. P. 437–442. DOI: 10.1016/j.jcis.2005.06.056.
Iranmanesh P., Saeednia S., Khorasanipoor N. Tunable properties of cadmium substituted ZnS nanocrystals. Mater. Sci. Semicond. Process. 2017. N 68. P. 193–198. DOI: 10.1016/j.mssp.2017.06.029.
Osman M.A., Abd-Elrahim A.G., Othman A.A. Size-dependent structural phase transitions and their correlation with photoluminescence and optical absorption behavior of annealed Zn0.45Cd0.55S quantum dots. Mater. Charact. 2018. N 144. P. 247–263. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.07.020.
Vanalakar S.A., Mali S.S., Suryawanshi M.P., Tarwal N.L., Jadhav P.R., Agawane G.L., Gurav K.V., Kamble A.S., Shin S.W., Moholkar A.V., Kim J.Y., Kim J.H., Patil P.S. Photoluminescence quenching of a CdS nano-particles/ZnO nanorods core–shell heterogeneous film and its improved photovoltaic performance. Opt. Mater. 2014. 37. Р. 766–772. DOI: 10.1016/j.optmat.2014.09.005.
Bezdetko Yu.S., Klyuev V.G. Features of the formation of CdS nanocrystals at a fixed synthesis time. Vestn. VGU. Ser.: Fizika. Matematika. 2014. N 1. P. 6 – 10 (in Russian).
Isaeva A. A., Smagin V. P. Photoluminescence of quantum dots (Zn,Pb,Mn)S in polyacrylate matrix. FTP. 2020. V. 54. N 5. P. 435 – 440 (in Russian).
