稀土转光剂的制备及其在农膜中的应用研究

摘要

稀土转光剂是一种具有显著光转换效应的稀土功能材料，广泛应用于制备发光材料及转光农膜等，已成为该领域的研究热点之一。目前，稀土转光剂的研究主要集中在稀土有机配合物，特别是含铕(Eu3+)三元配合物，但其发射光谱与植物吸收光谱吻合不好，也不能转换植物光合作用所需的蓝光，且制备成本高。开发与植物吸收光谱相对吻合、成本较低的转光剂十分必要。 本文在全面论述了稀土转光剂及转光农膜的基础上，针对植物光合作用吸收光谱特性，结合课题组前期含铕三元有机配合物的研究，开展含钐三元有机配合物、稀土蓝光无机化合物等转光剂的研究，并制备出具有光转换效应的转光农膜。课题的研究有助于寻找与植物光合作用更为有效的转光剂及其转光膜，对发展现代农业技术具有十分重要的意义。主要研究内容及结果如下：以钐(Sm3+)为中心发光离子，钇(Y3+)为掺杂离子，以水杨酸(Hsal)、邻菲咯啉(Phen)为有机配体，合成了一系列新的三元有机配合物SmxY1-x(Sal)3(phen)。研究了该系列配合物的荧光性能、紫外/可见光谱、红外光谱及热效应等性能，并探讨了配合物性能随Y3+掺入量的变化规律。结果表明，荧光惰性离子Y3+的适量掺入不会改变中心离子Sm3+与有机配体之间的配位能力，还能增强Sm3+的红光发光强度；Y3+掺入量为90mol％时，配合物的红光发光强度达到最佳；该系列配合物的主要荧光发射峰位645nm与植物光合作用吸收谱较为吻合。 以铕(Eu2+)为中心发光离子，掺杂钇(Y3+)或铜(Cu+)，分别制备出的Y2O3：xEu2+及CaS：xEu2+，yCu+系列稀土无机转光剂。通过荧光性能测试，结果表明，Y2O3：xEu2+系列稀土无机转光剂具有紫外转红及绿光转红功能，发射的红光峰位在611nm左右，为Eu2+离子5D0→7F7/2的电子跃迁以致；Eu2+和Y3+的摩尔比会影响稀土无机化合物的发光强度，当Eu：Y摩尔比为0.15：0.85时，其荧光强度最佳。在CaS系列无机转光剂中，Eu2+的掺入使转光剂具有绿光转红光的功能，Cu+的掺入使转光剂具有紫外转红及紫外转蓝的功能，同时掺入Eu2+和Cu+时，则转光剂可同时具备以上功能，且其激发与发射峰皆呈现宽峰形状，有利于日光光能的利用及叶绿素的吸收；与Y2O3：xEu2+系列相比，CaS系列转光剂的发射红光峰位650nm更接近叶绿素光合作用的吸收峰位。 将稀土有机配合物和稀土无机化物通过转光母粒的形式引入到低密度聚乙烯(LDPE)塑料薄膜中制备成转光农膜，进行荧光分析及其它性能测试，并与空白膜进行了比较。结果表明，在紫外可见透射谱中，各种转光农膜的紫外可见光的透过率均比空白对照膜要低，可见光波段的透过率约为空白膜的90％，紫外波段均有吸收峰出现，其中Y2O3：xEu2+(Eu：Y=0.15：0.85mol比)的作用最为明显。在荧光光谱中，三个SmxY1-x(Sal)3(phen)系列薄膜均没有出现明显紫外吸收及红光发射峰，Y2O3：xEu2+(Eu：Y=0.15：0.85mol比)薄膜具有显著了紫外转红效应，但没有绿光转红效应，而CaS系列薄膜也没有紫外转红、紫外转蓝或绿光转红现象。上述一些转光农膜没有光转换效应可能是因为转光剂粒径较大或与PE膜的相容性较差等原因所致，有待进一步研究。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章文献综述

2.1稀土元素及材料特性

2.2稀土转光剂的研究现状及发展

2.2.1稀土转光原理

2.2.2稀土有机配合物转光剂

2.2.3稀土无机化合物转光剂

2.2.4稀土转光剂的应用

2.2.5稀土转光剂的发展方向

2.3转光农膜的研究现状及发展趋势

2.3.1植物的光合作用

2.3.2转光农膜的特点

2.3.3转光农膜的研究现状

2.3.4转光农膜应用中的问题

2.3.5转光农膜的发展趋势

2.4立题依据及研究内容

第三章钐-钇系列稀土有机配合物转光剂的制备与表征

3.1实验部分

3.1.1试剂条件

3.1.2合成过程

3.1.3测试方法

3.2结果与讨论

3.2.1外吸收光谱分析

3.2.2紫外/可见光吸收光谱

3.2.3荧光激发与发射光谱

3.2.4配合物的热分析

3.3荧光性能理论分析

3.3.1共发光原理

3.3.2荧光惰性稀土离子相对含量对发光强度的影响

3.4本章小结

第四章稀土无机转光剂的制备与表征

4.1试验内容

4.1.1试剂条件

4.1.2合成过程

4.1.3测试方法

4.2结果与讨论

4.2.1 Y2O3：xEu2+无机荧光粉的荧光性能

4.2.2 CaS系稀土无机转光剂的荧光性能

4.2.3 CaS系荧光材料发光机理分析

4.3本章小结

第五章转光剂在农膜中的应用及性能表征

5.1转光膜的制备

5.1.1原料及设备

5.1.2工艺条件

5.1.3转光膜的制备

5.2转光膜的性能测试

5.3结果与讨论

5.3.1紫外/可见透射光谱

5.3.2荧光激发/发射谱

5.4本章小结

全文总结

参考文献

致谢

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