铈基化合物(CePO4,CeO2)纳米发光材料的合成及性能研究

摘要

由于稀土元素具有独特的电子层结构，稀土化合物表现出优异的光、电、磁功能，稀土发光材料的应用格外引入注目。镧基化合物（特别是LaPO4）发光材料研究较多，而铈基化合物发光材料研究较少。磷酸铈在紫外区有很强的发射，且荧光寿命非常短（小于100ns），Ce3+可以很好的敏化其它离子(Tb3+，Dy3+)。据我们所知，Ce4+没有4f电子。因此，Ce4+不耗损能量。由于O2-和Ce4+的电荷转移，CeO2在紫外区(UV)有较强的吸收。CePO4和CeO2有可能都是较好的基质。本论文采用水热法合成CePO4和CeO2为基质的发光材料，通过改变反应的条件（反应温度、反应pH、掺杂量等）研究CePO4和CeO2基质的发光材料的荧光性能。
　　 我们采用水热法合成CePO4:Dy荧光材料，改变反应温度、反应pH、掺杂量，通过XRD，SEM，PL等手段研究其物相、形貌和荧光性能。结果表明：120℃合成的粉体为六方相结构，呈棒状，直径约为20-60nm，长度约为100-200nm，200℃合成的粉体为单斜相结构近乎长针状，长度1-2微米，直径约5-50纳米，随温度升高长径比变化。200℃合成的粉体监测波长为340nm时用290nm的激发波长激发强度最大，六方相的峰中心在357nm处较单斜相的340nm发生红移，这是由Ce3+的配位环境差异引起的；改变反应pH=5，9合成CePO4:Dy粉体，随pH升高，粉体形貌中出现部分粒状结构，界面不清晰、表面缺陷较多，形貌的变化引起一维限域效应，发光强度随pH增大减弱；改变掺杂量1mol％，5mol％，10mol％，15mol％，随掺杂浓度的增加，发射强度逐渐减弱，猝灭浓度可能低于1mol％。
　　 我们通过煅烧水热法合成的含结晶水的草酸铈粉体得到CeO2:Eu纳米粉体，改变水热反应pH、水热时间、煅烧温度、煅烧保温时间、掺杂量等，采用XRD，SEM，PL等手段研究其物相、形貌和荧光性能。结果表明：煅烧产物为面心立方萤石结构的CeO2。煅烧温度在500度时，颗粒呈六角形，当温度升高到800度，颗粒形状变为四角形，且有片状晶体出现，颗粒尺寸均在100nm左右。随煅烧温度升高，粉体的发光强度增强；改变煅烧保温时间，煅烧保温时间在1h时，晶粒都是类球状结构，尺寸均一。但是，晶粒团聚现象很严重。保温时间在3h时，颗粒形状为四角形，且有片状晶体出现，颗粒尺寸均在100nm左右。当煅烧保温时间3h的时候，发光强度最低，当煅烧保温时间为2h的时候发光强度有所提高，煅烧时间为1h的发光强度最强；改变水热反应时的pH，当反应pH=7时发光强度较低，当反应pH=1时发光强度发光强度得到明显增强；改变水热处理时间，当水热处理时间为1min时，CeO2粒径为类球状，晶粒直径仅50nm左右，延长水热处理时间到2h，粉体中出现大量梭形颗粒和长棒结构。长棒长1-2微米，直径50-100nm左右。当水热处理时间延长到4h，开始出现部分棉球状结构，长棒结构依然存在，但是它的长度却变短为0.1-0.5微米，直径变大为200nm左右。当水热时间为1min时，发射强度较弱，当水热时间为8h时发射强度较强；改变Eu的掺杂浓度，在掺杂浓度达到10mol％的时候也没有没出现Eu的特征峰。发射光谱强度随浓度增加变强。在我们实验的浓度范围内，没有出现猝灭现象，推测猝灭浓度在0.1以上。

目录

文摘

英文文摘

谨献

0 前言

1 绪论

1.1 文献综述

1.1.1 纳米材料概论

1.1.2 发光基本原理

1.1.3 稀土元素简介

1.1.4 稀土发光材料主要特征

1.1.5 稀土发光材料分类

1.1.6 稀土离子发光影响因素

1.1.7 稀土发光材料合成方法

1.2 背景及研究内容

2 实验材料及研究方法

2.1 实验原料及设备

2.1.1 实验试剂、药品及生产厂家

2.1.2 实验设备

2.2 检测方法

2.2.1 X射线衍射(XRD)

2.2.2 差热-热重分析(TG-DTA)

2.2.3 扫描电镜测试(SEM)

2.2.4 红外光谱分析

2.2.5 荧光光谱分析

3 CePO4:Dy发光材料的水热合成及荧光性能

3.1 引言

3.2 实验内容及过程

3.2.1 实验内容

3.2.2 实验过程

3.3 结果和讨论

3.3.1 反应温度对粉体的作用

3.3.2 反应pH对粉体的作用

3.3.3 掺杂浓度对粉体的作用

3.4 本章小结

4 CeO2:Eu3+纳米发光粉体的合成和检测

4.1 引言

4.2 实验内容和过程

4.2.1 实验内容

4.2.2 实验过程

4.3 实验震果

4.3.1 前驱体分析

4.3.2 煅烧温度对粉体性能的作用

4.3.3 煅烧时间对粉体性能的作用

4.3.4 水热反应pH对发光性能的作用

4.3.5 水热反应时间对发光性能的作用

4.3.6 掺杂量对粉体性能的作用

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

致谢

个人简历

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