鄭鴻宇文獻綜述

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1、河北科技師范學(xué)院2011級科能技能訓(xùn)練文獻綜述近紅外稀土熒光在功能材料領(lǐng)域的研究進展院（系、部）名稱：理化學(xué)院專業(yè)名稱：化學(xué)學(xué)生姓名：鄭鴻宇學(xué)生學(xué)號：1012110130指導(dǎo)教師：劉璐2013年11月14日河北科技師范學(xué)院教務(wù)處制河北科技師范學(xué)院2011級科研技能訓(xùn)練文獻綜述摘要稀土因其特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，在信息技術(shù)、能源技術(shù)、生物技術(shù)等高科技領(lǐng)域及國防建設(shè)等方面都起著非常重要的作用，中國作為稀土大國，十分重視對稀土材料的研究和開發(fā)。本文綜述了不同的稀土近紅外熒光設(shè)計思路，介紹了各種近紅外稀土熒光功能材料，闡述了稀土離子在近紅外熒

2、光功能材料中的優(yōu)勢，并展望了稀土近紅外熒光材料的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：稀土；近紅外；熒光；功能河北科技師范學(xué)院2011級科研技能訓(xùn)練文獻綜述1緒論稀土元素是原子序數(shù):為57(La)到71(Lu)的填充4f電子的過渡周期的斕系元素。就電子結(jié)構(gòu)類似性而言，也常將為89(錒)及以后的那些鋼系放射元素(填充5f電子)泛含其中[1]。稀土元素由于具有外層電子結(jié)構(gòu)基本相同，而內(nèi)層4f電子能級又相近的這種特殊的電子構(gòu)型，使其在光、電、磁等方面具有獨特的性質(zhì)。而當(dāng)它與有機配體配合后，所發(fā)出的熒光兼有稀土離子發(fā)光強度高、顏色純正和有機化合物所需激發(fā)能量低

3、、熒光效率高、易溶于有機材料的優(yōu)點被譽為新材料的寶庫。稀土近紅外熒光材料具有特征發(fā)射峰尖銳、光穩(wěn)定性好和毒性低等特點。近年來，稀土近紅外熒光材料在光纖通訊、激光系統(tǒng)、生物分析傳感器及生物成像等方面的應(yīng)用價值日漸突顯，引起了研究者們的極大關(guān)注[2]。特別是稀土近紅外熒光材料已發(fā)展成一種新興的熒光標(biāo)記材料，并有希望替代有機染料和量子點應(yīng)用于生物分析和醫(yī)學(xué)成像?；谙⊥两t外發(fā)光的熒光探針具有低自熒光背景、寬斯托克斯位移、強抑制光漂白、深層穿透組織和短暫分辨的優(yōu)勢，有潛力成為高靈敏度、高選擇性的檢測手段。利用稀土離子制備的各種熒光材料，如

4、上轉(zhuǎn)換納米晶、介孔材料、脂基膠體、離子液體、離子膠體、金屬有機框架等，由于熒光敏化機理不同，其近紅外熒光性能也各有千秋[3]。然而，稀土近紅外熒光的真正挑戰(zhàn)仍是提高近紅外發(fā)光的量子效率。本文結(jié)合近紅外熒光領(lǐng)域的最新進展，綜述了不同的稀土近紅外熒光設(shè)計思路，介紹了各種近紅外稀土熒光功能材料，闡述了稀土離子在近紅外熒光功能材料中的優(yōu)勢，并展望了稀土近紅外熒光材料的發(fā)展前景。2稀土元素的特點稀土元素由于具有特殊的電子結(jié)構(gòu),他們在光學(xué)方面有著特殊的性質(zhì),成為發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵元素,在信息、生物、新材料、新能源、空間和海洋六大新科技群中有

5、著重要的作用。稀土摻雜到無機固體材料增強了原有的發(fā)光性能,銪、鋱、鈰等是應(yīng)用比較廣泛和成熟的熒光材料根據(jù)不同的的稀土離子進行分類,它們的性質(zhì)不同主要是由于合成方法和摻雜的無機材料不同。稀土熒光材料目前已經(jīng)應(yīng)用在彩電顯象管、節(jié)能燈、農(nóng)用轉(zhuǎn)光膜、軍用顯示器等,具有很好的經(jīng)濟、社會價值。5河北科技師范學(xué)院2011級科研技能訓(xùn)練文獻綜述3稀土熒光的制備方法及光譜性質(zhì)3.1　稀土熒光材料的合成方法常見稀土熒光材料的合成方法有高溫固相法、燃燒法、水熱合成法、溶膠-凝膠法等傳統(tǒng)方法,還有與傳統(tǒng)方法相對應(yīng)的現(xiàn)代合成方法,如高溫熔制法、反向水乳法、室

6、溫固相合成法以及與傳統(tǒng)方法相結(jié)合的機械力固相合成法[4]。3.1.1高溫固相反應(yīng)法高溫固相反應(yīng)法也稱干法，即把達到要求純度、粒度的原料按特定的摩爾比用球磨均勻混合后，在一定的溫度和加熱時間等條件下進行灼燒的制備方法。高溫固相反應(yīng)法的主要優(yōu)點是工藝流程簡單，操作方便，成本較低，具有廣泛的應(yīng)用性。其缺點是所需溫度較高，灼燒時間較長，晶體生長時間較長，晶粒較大需要研磨，在球磨時將造成晶體形狀的改變[5]。同時影響發(fā)光性能，使發(fā)光亮度下降。3.1.2水熱合成法該方法是在高壓下直接在溶液中進行反應(yīng)，產(chǎn)生氧化物或復(fù)合組成化合物沉淀（或析晶）。反

7、映的驅(qū)動力是各反應(yīng)組分的溶解度差，溶解度大的組分溶入溶液，溶解度小的組分從液相中析出。研究表明，該方法的優(yōu)點是合成條件溫和，體系穩(wěn)定，粉料晶粒發(fā)育完善，團聚程度很輕。但產(chǎn)品亮度較低，而且該法僅局限于氧化物體系，不能生成非氧化物[6]。3.1.3溶膠凝膠法用溶膠─凝膠法制備熒光材料有兩種方法：一種是將稀土離子激活劑摻入起始反應(yīng)溶液中形成凝膠，也可以用制備好的凝膠浸泡在有稀土激活劑的溶液中。將制備好的凝膠在一定溫度下處理為粉末即可。這種方法簡單易掌握，制備的產(chǎn)品均勻且粒度很小，但耗時長，處理量小[7]。成本高且發(fā)光強度有待改善。3.1.

8、4均相共沉淀法共沉淀法是指在含有一個或多個離子的可溶性鹽溶液中加入沉淀劑（如OH－、CO32-5河北科技師范學(xué)院2011級科研技能訓(xùn)練文獻綜述），形成不溶性氫氧化物、水合氧化物或鹽類從溶液中沉淀出來，并將溶劑和溶液中原有的陰離子洗去。