纳米稀土发光材料Y2O3:Eu3+@Lu2O3核壳结构的制备与发光性质的研究

摘要

稀土发光材料目前广泛应用在平板显示、照明、光通讯及激光器件等领域。尽管纳米稀土发光材料与体材料相比有很多的优点，但目前商品化的荧光粉仍主要以微米级的粒子为主。究其主要原因是因为：由纳米发光粒子的表面效应（如空位、不饱和键、悬空键、缺陷等）而产生的猝灭中心会使其发光效率下降；同时，纳米粒子的表面还很容易吸附一些吸收激发光，或猝灭激活剂激发的离子和离子团，它们也会造成发光效率的降低。因此，人们提出对稀土掺杂的纳米发光粒子进行表面修饰来改善其发光性能；通常采用在材料表面包覆一层其他材料，形成核壳结构型的纳米粒子来达到这个目的。
　　 本文中我们选择了在纳米红色荧光材料Y2O3:Eu3+表面包覆Lu2O3来进行核壳结构的研究，目的是探讨在晶格匹配，且激活剂离子不会扩散的条件下，包覆以及不同包覆厚度可能对材料发光产生的影响。
　　 主要研究工作如下：
　　 (1)采用均相沉淀法制备红色荧光材料Y2O3:Eu3+的纳米球形颗粒，并通过对XRD、SEM以及荧光光谱的分析，讨论了不同pH值、不同表面活性剂的用量以及不同退火温度对Y2O3:Eu3+的形貌和发光的影响，确定了合适的制备条件：1．当反应溶液pH=7时，得到产物为球形，当pH=6与8时，产物分别呈棒状和片状；2．在表面活性剂用量为nRE3+/nCATB=1:0.5的时候，得到的样品在晶相较好的前提下有相对好的球形形貌和均匀的粒径分布；3．随着退火温度的升高，样品的结晶度趋于完好，但是高温下退火制备的样品会发生团聚，从而破坏其纳米形貌和结构，800℃下对样品退火1个小时可以在获得理想的纳米球形貌的情况下，保证材料较好的结晶度。
　　 (2)利用均相沉淀法对Y2O3:Eu3+纳米球形颗粒进行包覆，在其表面修饰一层Lu2O3，并通过SEM、EDX等测试表征，验证了包覆现象的存在。
　　 接着通过对荧光光谱和寿命的分析研究了包覆后材料发光性能的变化，发现在包覆Lu2O3之后，材料的发光寿命变长，发光性能得到改善。最后并对按照不同包覆厚度制备的Y2O3:Eu3+@Lu2O3的发光性能进行分析，发现当反应过程中n(Y+Eu)3＋：nLu3+为1：1时，样品的发光最好，因为考虑了Y2O3：Eu3+核的粒径大小有着范围分布和Lu2O3在实际反应中会单独成核等误差因素的影响之后，该比例的反应反而是使得包覆层材料相对完善地修饰了Y2O3:Eu3+的表面，从而提高了材料的发光性能。