稀土/过渡金属掺杂纳米发光材料的合成及发光特性研究

摘要

纳米发光材料由于其特定的几何形态因而在应用上有着体相材料不可比拟的优势，目前已经成为纳米材料研究的热点。探索和研究多种类型的纳米尺度发光材料，丰富和发展相关制备方法，探索这些纳米材料的发光特性，对于基础研究和开拓新材料的应用领域都有着十分重要的意义。本论文在新型稀土／过渡金属掺杂纳米发光材料的合成及形成机理、所获得的新型材料的发光特性等方面进行了有益的探索。论文的主要创新性结果如下： 1.采用气-液-固生长机制合成了Tb3+离子掺杂的非晶SiO2纳米线，对其形貌、成分以及合成机理进行了分析，并分别研究了纯SiO2纳米线和在不同Tb3+掺杂浓度下的SiO2纳米线的发光性能。SiO2纳米线的绿光发射是由氧化硅中的≡Si-H所产生的，而Tb-SiO2纳米线的发光是由Tb3+离子和Si02基质共同作用的结果，表现出新奇的绿色发光特性。 2.采用高温固相反应法合成了AlIsB4O33:Eu3+和Al1884O33：Eu2+纳米棒，这里硼酸铝纳米棒的生长过程是一种自催化的生长行为，合成方法简单易行且成本低。Al1884O33：Eu3+纳米棒的发光以Eu3+的5D0→7F2电偶极跃迁发射为主，Al1884O33：EH2+纳米棒发射光谱是540 nm处的宽带谱峰，归因于Eu2+的4f65d→4，的跃迁发射。这两类材料在形态和性质上的特点将使其作为红色／绿色荧光粉在发光材料的应用上更具优势。 3.通过两步合成法，在制备出Mg-Al-CO3：Mn LDH前驱体的基础上，成功合成出高纯度六边形MgAl2O4：Mn2+纳米片。MgAl204：Mn2+纳米片具有单晶结构，表面不平整，厚度不均匀，这是由前驱体经高温下逐步脱水分解品格重排以及盐酸后处理的结果。纳米片在390 mm波长激发下可以得到566 nm处的宽带发射，对应于Mn2+离子的4T1(4G)→6A1(6s)跃迁发射而产生黄绿色光。 4.采用一步合成(one-pot)的方法，利用反应助熔剂提供的硼源，直接合成了BN纳米片包覆的SrAl2O4：Eu2+荧光粉。荧光粉表面的致密的BN纳米片包覆层能够阻止水分子进入铝酸锶晶格中，有效的防止其水解。包覆的荧光粉的最大发射峰与未包覆荧光粉的发射峰位置相同，只是强度略低。这里提供了一种包覆碱土金属铝酸盐的新方法，解决这类材料在高湿度环境中易水解这一状况从而扩大其应用领域。 5.利用碳纳米管模板限制反应的方法在1100℃合成了硼酸镧纳米线，并对其形貌、结构和成分进行表征，指出碳纳米管在纳米线的合成过程中起到了关键作用，硼酸镧纳米线的形貌与高温下发生在位反应的碳管的性能有关。这类新颖的一维稀土硼酸盐纳米材料可以作为发光基质材料，有望在纳米材料发光领域有着潜在的用途。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1纳米材料

1.1.1纳米材料的内涵及其性质

1.1.2纳米材料的发展历史和发展趋势

1.1.3纳米材料的应用

1.2发光材料

1.2.1发光机理

1.2.2稀土发光材料

1.2.3过渡金属离子发光材料

1.2.4常见的发光材料

1.3纳米发光材料

1.3.1纳米发光材料的特性

1.3.2稀土/过渡金属掺杂纳米发光材料的研究进展

1.3.3应用前景

1.4本论文的选题思路及主要工作

参考文献

第二章Tb3+掺杂的SiO2纳米线的合成及其发光特性研究

2.1引言

2.2 Tb3+掺杂的SiO2纳米线的合成

2.2.1样品制备

2.2.2表征方法

2.3产物的结构与表征

2.4合成机理

2.4.1气-液-固法(VLS，Vapor-Liquid-Solid)合成一维纳米线的机理

2.4.2 Tb3+掺杂的一维SiO2纳米线的合成机理

2.5 Tb3+掺杂的SiO2纳米线的发光特性

2.5.1 纯SiO2纳米线的发光特性

2.5.2 Tb3+掺杂SiO2纳米线的发光特性

2.6小结

参考文献

第三章 Eu掺杂的硼酸铝纳米棒的制备及其发光性能研究

3.1引言

3.2 Al18B4O33：Eu(Eu3+/Eu2+)纳米棒的制备

3.2.1样品制备

3.2.2表征方法

3.3产物的结构与表征

3.4合成机理

3.5 Al18B4O33：Eu3+/Eu2+纳米棒的发光特性

3.5.1Al18B4O33：Eu3+纳米棒的发光

3.5.2Al18B4O33：Eu2+纳米棒的发光

3.6小结

参考文献

第四章 MgAl2O4：Mn2+纳米片的合成及其发光性质研究

4.1引言

4.2 MgAl2O4：Mn2+纳米片的合成

4.2.1样品制备

4.2.2表征方法

4.3产物的结构与表征

4.3.1 前驱体的表征

4.3.2MgAl2O4：Mn2+纳米片的表征

4.4合成机理讨论

4.4.1Mg-Al-CO3：Mn前驱体纳米片的生长

4.4.2 前驱体与最终产物结构的变化对比

4.4.3MgAl2O4：Mn2+纳米片的生长过程

4.5 MgAl2O4：Mn2+纳米片的发光特性

4.5小结

参考文献

第五章 BN纳米片包覆的SrAl2O4：Eu2+的制备及其性质研究

5.1引言

5.2 BN纳米片包覆SrAl2O4：Eu2+复合材料的制备

5.2.1样品制备

5.2.2表征方法

5.3产物的结构和表征

5.4反应机理

5.5耐水性能研究

5.6 B2O3的用量对样品形貌和性能的影响

5.7发光性能研究

5.8 小结

参考文献

第六章硼酸镧纳米线的合成和表征

6.1引言

6.2硼酸镧纳米线的合成

6.2.1样品制备

6.2.2表征方法

6.3产物的结构和表征

6.4硼酸镧纳米线的生长机理讨论

6.4.1碳管作为反应原料对产物形貌的影响

6.4.2反应机理

6.4 小结

参考文献

第七章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

博士期间发表论文

致谢