Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Application of derivative spectroscopy method to photoluminescence in ZnS:Mn nanocrystals

Kovalenko A. V., Plakhtiy E. G. and Vovk S. M.

Oles Honchar Dnipro National University, 72 Gagarin Ave., 49010 Dnipro, Ukraine

Download this article

Abstract. An improved derivative spectroscopy method is proposed to resolve elementary bands in experimental photoluminescence spectra with high accuracy. The main procedures of analysis and calculations in the frame of this method are described. The method is tested on a synthetic photoluminescence spectrum consisting of five elementary Gaussian bands. The resolution of our method applied to overlapped Gaussian bands is estimated depending on their bandwidths. The photoluminescence spectrum of ZnS:Mn nanocrystals obtained with a self-propagating high-temperature synthesis is analyzed, using our derivative spectroscopy method. Six photoluminescence bands are found, with their peaks located at the wavelengths equal to 540, 559, 579, 600, 620 and 643 nm.

Keywords: derivative spectroscopy method, photoluminescence, elementary emission bands, ZnS:Mn nanocrystals.

PACS: 78.55
UDC: 538.958
Ukr. J. Phys. Opt. 19: 133-140
doi: 10.3116/16091833/19/3/133/2018
Received: 13.03.2018

Анотація. Запропоновано вдосконалений метод похідної спектроскопії для високоточного розділення елементарних смуг в експериментальних спектрах фотолюмінесценції. Описано основні процедури аналізу та розрахунків у рамках цього методу. Метод випробувано на синтетичному спектрі фотолюмінесценції, що складається з п’яти елементарних ґаусових смуг. Оцінено розділення нашого методу в застосуванні до ґаусових смуг, які перекриваються, залежно від їхньої ширини. Проаналізовано спектр фотолюмінесценції нанокристалів ZnS:Mn, отриманих шляхом самопоширюваного високотемпературного синтезу, з використанням нашого методу похідної спектроскопії. Знайдено шість окремих смуг фотолюмінесценції, піки яких розташовані на довжинах хвиль 540, 559, 579, 600, 620 і 643 нм.
REFERENCES
  1. Fock M V, 1972. Division of complex spectra on individual bands by means of generalized method of Alentsev. Luminescence and Linear Optics (in Russian). 59: 3–24.
  2. Nekrasov A A, Ivanov V F and Vannikov A V, 2001. Effect of pH on the structure of absorption spectra of highly protonated polyaniline analyzed by the Alentsev–Fock method. Electrochim. Acta. 46: 4051–4056. doi:10.1016/s0013-4686(01)00693-4 
  3. Slyotov M M, Gavaleshko O S and Kinzerska O V, 2017. Preparation and luminescent properties of α-ZnSe heterolayers with surface nanostructure. J. Nano Electron. Phys. 9: 5046-1–5046-3.  doi:10.21272/jnep.9(5).05046 
  4. OriginPro 9.1. OriginLab Corporation, One Roundhouse Plaza, suite 303, Northampton, MA 01060, United States. 1-800-969-7720. 
  5. Talsky G. Derivative spectroscopy: low and higher order. Weinheim, Basel, Cambridge, New York, Tokyo: VCH Publishers (1994).  doi:10.1002/3527601570 
  6. Joshi P R, Parmar S J and Patel B A, 2013. Spectrophotometric simultaneous determination of salbutamol sulfate and ketotifen fumarate in combined tablet dosage form by first-order derivative spectroscopy method. Int. J. Spectrosc. 2013: 1–6.  doi:10.1155/2013/589218
  7. Magwaza L S, Opara U L, Nieuwoudt H, Cronje P J, Saeys W and Nicolaï B. NIR spectroscopy applications for internal and external quality analysis of citrus fruit – a review. Food Bioproc. Technol. 5: 425–444.  doi:10.1007/s11947-011-0697-1
  8. El-Sayed A A and Hamed M M, 2006. Direct determination of U (VI) in TBP-kerosene extracts using first derivative ultraviolet spectroscopy. J. Radioanalyt. Nucl. Chem. 270: 629–635.  doi:10.1007/s10967-006-0472-3 
  9. Lindner R R, Vera-Ciro C, Murray C E, Stanimirović S, Babler B, Heiles C and Dickey J, 2015. Autonomous Gaussian decomposition. Astronom. J. 149: 138–149.  doi:10.1088/0004-6256/149/4/138 
  10. Knowles I and Renka R J, 2014. Methods for numerical differentiation of noisy data. Electron. J. Differ. Equations. 21: 235–246.
  11. Vovk S M, 2017. Method for numerical differentiation of noisy data with outliers. Radio Electron., Comp. Sci., Control. 3: 44–52.doi:10.15588/1607-3274-2017-3-5 
  12. Bulanyi M F, Kovalenko A V, Morozov A S and Khmelenko O V, 2017. Obtaining of nanocrystals ZnS:Mn by means of self-propagating high-temperature synthesis. J. Nano Electron. Phys. 9: 2007-1–2007-4.  doi:10.21272/jnep.9(2).02007 
  13. Kumar S S, Khadar M A, and Nair K G M, 2011. Analysis of the effect of annealing on the photoluminescence spectra of Cu+ ion implanted ZnS nanoparticles. J. Lumin. 131: 786–789. doi:10.1016/j.jlumin.2010.12.004 
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics