稀土摻雜復(fù)合氟化物納米晶的制備和發(fā)光特性

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1、2006年12月湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)Dec1,2006第27卷第6期JOURNALOFZHANJIANGNORMALCOLLEGEVol127No16稀土摻雜復(fù)合氟化物納米晶的制備和發(fā)光特性朱國賢,莫鳳珊(湛江師范學(xué)院化學(xué)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,廣東湛江524048)摘要:綜述了納米發(fā)光材料的發(fā)展現(xiàn)狀,著重闡述了稀土摻雜復(fù)合氟化物納米晶的制備和熒光性質(zhì),并對(duì)這一新興領(lǐng)域進(jìn)一步的研究工作作了展望.關(guān)鍵詞:稀土;納米晶;復(fù)合氟化物;光譜中圖分類號(hào):O614.33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4702(2006)06-0051-04-9納米材料是指晶

2、粒尺寸為納米級(jí)(10m)的超細(xì)材料.它的微粒尺寸一般為1~100nm.由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們?cè)诖?、光、電、敏感等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性.因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷[1]增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景.納米發(fā)光材料是指基質(zhì)的粒子尺寸在1~100nm的發(fā)光材料,它包括純的納米半導(dǎo)體發(fā)光材料以及稀土離子和過渡金屬離子摻雜的納米氧化物、硫化物、復(fù)合氧化物和各種無機(jī)鹽發(fā)光材料.受納米結(jié)構(gòu)特性的影響,納米稀土發(fā)光材料表現(xiàn)出許多奇特的物理和化

3、學(xué)特性,從而影響其中摻雜的激活離子的發(fā)光和動(dòng)力學(xué)[2]性質(zhì),如光譜和熒光性能、激發(fā)態(tài)壽命、能量傳遞、發(fā)光量子效應(yīng)和濃度猝滅等性質(zhì).在過去50年中,人們對(duì)發(fā)光材料已進(jìn)行了大量的研究工作,其中大部分工作是圍繞著尋找新材料,以致希望在今后一段時(shí)間內(nèi)能找到量子產(chǎn)率、光譜能量分布等性質(zhì)都會(huì)明顯優(yōu)于已有磷光體的新材料.而關(guān)于材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)它們發(fā)光性質(zhì)影響方面的研究卻相對(duì)很少,特別是材料的顆粒尺寸在納米尺寸范圍內(nèi).另外,膠體化學(xué)方面,特別是在ò~?族硫?qū)倩衔锓矫娴难芯咳〉昧酥匾M(jìn)展,這對(duì)于研究納米發(fā)光材料也是十分有利的因素.因此,目前研究工作的重

4、點(diǎn)開始著重于材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)它們發(fā)光性質(zhì)的影響.其中,半導(dǎo)體納米發(fā)光材料受到人們極大的重視,已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作并取得了很大進(jìn)展,而摻雜特別是稀土離子摻雜納米發(fā)光材料的研[3]究在最近10年才出現(xiàn)了相關(guān)報(bào)導(dǎo).我國具有世界上最豐富的稀土資源,并具有我國特有的以釓族稀土為主的離子吸附型礦,然而,稀土新材料的開發(fā)和應(yīng)用與發(fā)達(dá)國家相比,還存在一定的差距.因此,利用我國稀土資源優(yōu)勢(shì),結(jié)合納米技術(shù)做出創(chuàng)新性的稀土納米發(fā)光新材料更具有現(xiàn)實(shí)意義.本文將簡(jiǎn)單介紹近幾年來我們?cè)谙⊥翐诫s的復(fù)合氟化物基質(zhì)的發(fā)光材料制備和熒光性能方面的一些工作結(jié)果.1稀土摻

5、雜復(fù)合氟化物納米晶的必要性無機(jī)固體氟化物離子性強(qiáng),聲子能量低,電子云擴(kuò)展效應(yīng)小,能用于光能儲(chǔ)存、傳遞、轉(zhuǎn)換和放大,作為功能材料而受到廣泛關(guān)注.由于復(fù)合氟化物具有良好的光學(xué)均勻性和熱穩(wěn)定性,熔點(diǎn)低、各向同性、光學(xué)透明度[4]高,容易實(shí)現(xiàn)各種不同價(jià)態(tài)離子的摻雜,因此,它是理想的光學(xué)功能材料的基質(zhì).近年來,將稀土元素?fù)饺胧崭迦掌?2006-10-10基金項(xiàng)目:湛江師范學(xué)院科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目(L0410).作者簡(jiǎn)介:朱國賢(1965)),男,廣東五華人,湛江師范學(xué)院講師,從事稀土發(fā)光材料研究.52湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué))第27卷[5~8]

6、鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)復(fù)合氟化物晶體作為激光材料的研究特別引人關(guān)注.然而,由于氧的存在使氟化物的應(yīng)用[9][10]受到了阻礙.氧是氟化物的重要雜質(zhì),控制氟化物中的氧含量,尋找氟化物的低氧合成方法,是氟化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題.解決這些問題最好的方式就是制備納米復(fù)合材料以致能嚴(yán)格地控制復(fù)合氟化物體系[11]中的氧含量.2稀土摻雜復(fù)合氟化物納米晶的制備方法[12~14][15]鈣鈦礦結(jié)構(gòu)復(fù)合氟化物通常采用高溫固相法或高溫高壓水熱法合成,但高溫固相法存在反應(yīng)條[16~18]件苛刻、污染環(huán)境及產(chǎn)物含氧量高等缺點(diǎn),而且高溫高壓水熱合成法需要特殊的設(shè)備.馮守華

7、等采用中溫(120e~240e)水熱合成方法合成出具有物相純、結(jié)晶好、含氧量低等優(yōu)點(diǎn)的系列復(fù)合氟化物,從而使復(fù)合氟化物的合成可在環(huán)境友好的狀態(tài)下進(jìn)行.這些合成手段主要解決兩個(gè)問題:(1)獲得盡可能小的納米微粒以使材料充分顯現(xiàn)納米尺度對(duì)材料結(jié)構(gòu)及性能的影響;(2)對(duì)納米微粒粒徑進(jìn)行控制,制備出一系不同粒徑的納米微粒,以了解粒徑變化與材料性能的關(guān)系.結(jié)合我們課題組研究工作,本文著重介紹水熱合成法、溶劑熱法和微乳液法合成稀士摻雜復(fù)合氟化物納米晶.2.1水熱法水熱合成法是在高溫高壓條件下,以水溶液或水蒸汽等流體作為反應(yīng)體系來進(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng)(水

8、熱反應(yīng))來合成超微粉的一種方法.通過水熱法可以制備出純度高、晶型好、單分散以及大小可控的納米顆粒.該[19]法合成溫度低,條件溫和,產(chǎn)物缺陷不明顯,體系穩(wěn)定.但所制備的產(chǎn)物發(fā)光強(qiáng)度較弱,有待改善.李等2+用