稀土摻雜金屬氧化物微-納米結構的液相合成、表征和熒光性能研究.pdf

1、稀土摻雜的金屬氧化物微/納米材料在納米器件、光電器件、微傳感器、催化、氣敏以及磁性等領域有著廣泛的應用前景。發(fā)展新的合成方法，獲取特定尺寸、形貌、維度、單分散性的微/納米材料并探索其形成機制，對深入系統(tǒng)研究微/納米結構與性能的關系，構建新型稀土摻雜金屬氧化物微/納米結構體系，最終實現(xiàn)材料的工業(yè)應用具有重要意義。本論文對Eu3+、Dy3+、Sm3+等稀土離子摻雜CeO2、Ga2O3、LaVO4和YBO3等基質的微/納米材料的液相調控合成及

2、其熒光性質進行了詳細研究，并對微/納米材料的形貌、形成機制和晶粒尺寸等因素與熒光性能之間的相關性進行了探索。通過大量的實驗與分析，取得了一些創(chuàng)新性成果。
　　 發(fā)展了一種高分子表面活性劑(聚乙烯吡咯烷酮，PVP)輔助的水熱法合成稻草狀CeO2：Sm3+微米晶的水熱-分解路線。通過改變初始濃度，反應時間及溫度，PVP含量等參數(shù)有效地控制了CeO2：Sm3+的形貌。實驗結果表明稻草狀CeO2：Sm3+(5.0 at.％)微米晶表現(xiàn)出

3、最好的熒光強度，并且升高退火溫度可以提高其黃光和藍光的發(fā)射強度。提出了一種乙醇-水混合體系合成單分散納米晶的溶劑熱路線。以Ce(NO3)3、Eu(NO3)3和NH3·H2O為原料，控制醇-水體系pH為9，180℃下反應12h獲得晶粒尺寸小于100 nm的單晶結構的立方螢石型CeO2：Eu3+納米晶。樣品表現(xiàn)出良好的紫外吸收性能，能將吸收的能量有效傳輸給Eu3+,在593、612、632 nm處發(fā)射較高強度的橙紅光。
　　 采用C

4、TAB輔助的水熱合成技術，控制CTAB含量為0.6 g，初始pH為9，160℃水熱反應24 h能夠獲得晶化程度高且單分散性好的方片狀Ga2O3：Dy3+納米晶。通過考察初始溶液pH值，CTAB含量，反應溫度和反應時間等參數(shù)對Ga2O3：Dy3+樣品的形貌和物相結構的影響，提出了方片狀樣品的形成機制。試驗發(fā)現(xiàn)Oy3+的摻雜提高了Ga2O3基質與Dy3+之間的能量傳遞和發(fā)光效率。摻雜6at.％Dy3+的方片狀樣品具有最強的藍光發(fā)射。通過簡單

5、的水熱反應，以Ga2O3、Eu2O3、HC1和NaOH為基本原料，控制pH為6，140℃下反應10 h獲得GaOOH：Eu3+棒狀前驅體，再熱分解可得形貌保持的Ga2O3：Eu3+納米棒。通過控制母液pH能很好地調節(jié)產品的縱橫比，進而控制樣品的形貌。棒狀α-Ga2O3：Eu3+和β-Ga2O3：Eu3+能吸收波長小于275 nm的紫外光，其能帶隙分別為4.40 eV和4.30 eV。樣品的形貌和物相結構對其色純度、熒光強度有較大影響，其

6、中棒狀β-Ga2O3：Eu3+比α-Ga2O3：Eu3+具有更好的發(fā)光強度和較大的紅橙比(R/O)。
　　 建立了一種pH調控水熱合成新穎多面體LaVO4：Dy3+納米晶的新方法。通過調節(jié)初始pH、反應時間以及煅燒溫度等參數(shù)，實現(xiàn)了對LaVO4：Dy3+多面體的晶粒尺寸、物相結構、形貌以及化學組成的有效調控。多面體LaVO4：Dy3+納米晶的最佳水熱合成工藝條件為：初始溶液pH為9，水熱溫度為160℃，反應時間≥24h。hVO4

7、：Dy3+多面體具有較強的黃光發(fā)射和較高的色純度。升高退火溫度能不同程度地強化多面體的藍光和黃光發(fā)射，而且其藍光強度增大速率遠大于其黃光。建立了EDTA絡合.水熱合成LaVO4：Sm3+納米棒的新方法?？疾炝薊DTA濃度、前驅體溶液pH、反應時間、反應溫度以及不同反應底物等因素對產物的晶相、尺寸和形貌的影響，發(fā)覺絡合劑(EDTA)所扮演的鰲合物基體和誘導試劑的雙重作用是樣品從單斜獨居石型結構向四方鋯石型結構轉變和晶體一維生長機制的重要因

8、素。熒光結果說明棒狀t-LaVO4：Sm3+比m-LaVO4：Sm3+晶體具有更優(yōu)越的紅光發(fā)射，相比其它形貌，棒狀晶體中的Sm3+含量較高，表現(xiàn)出較強的三個特征發(fā)射峰，并且在4G5/2→6H5/2處發(fā)射峰強度的增加速率高于4G5/2→6H9/2處的發(fā)射峰。另外，t-LaVO4：Sm3+納米棒的4G5/2→6G7/2的躍遷可望實現(xiàn)紅色激光輸出。
　　 設計了一條簡單的、環(huán)境友好的乙醇-水混合溶劑熱法合成新穎魚骨狀LaVO4：Eu3

9、+微/納米晶體的合成路線。系統(tǒng)考察了各反應參數(shù)對樣品形貌和物相結構的影響，提出了魚骨狀晶體的生長機制。初始pH=9，乙醇含量20 ml，Eu摻雜濃度為4.0 at.％，水熱溫度160℃反應24h時所得的樣品是規(guī)整形貌的魚骨狀LaVO4：Eu3+納米晶并表現(xiàn)出最強的紅光發(fā)射。魚骨樣品的Eu3+的5D1-7F2躍遷發(fā)射的衰減曲線遵循指數(shù)衰減規(guī)律，其熒光壽命稍長于棒狀樣品，是一種頗具前途的紅色熒光粉。
　　 建立了乙二醇.水混合溶劑熱