上转换纳米晶的制备、调控和发光过程研究

发布时间：2018-04-16 22:42

本文选题：稀土掺杂 + 上转换纳米晶　；参考：《辽宁大学》2015年硕士论文

【摘要】：本文分别以溶胶-凝胶前驱单体法和络合沉淀法制备了稀土掺杂的铁电体基质Ba Ti O3:Yb3+/Er3+纳米晶和氟化物基质Na YF4:Yb3+/Tm3+纳米晶,研究了Yb-Er共掺在铁电体基质Ba Ti O3中的上转换机制,还研究了羟基羧酸盐螯合剂酒石酸钠对Na YF4:Yb3+/Tm3+纳米晶的结构粒径控制和上转换发光调控。结果如下:(1)研究了煅烧温度和稀土掺杂变化对Ba Ti O3的晶体结构和产物表面形貌的影响。Ba Ti O3:Ln3+纳米粒子经900℃煅烧2h后呈纯的立方相结构,产物的结晶性极高。较低浓度的稀土离子掺杂不会影响基质Ba Ti O3的晶体结构,掺杂浓度超过5%后,产物中出现Ba2Ti O4衍射峰,而达到20%时,产物呈Ba Ti O3和Ba2Ti O4的混合物,并且样品的结晶性变差。低浓度稀土离子掺杂的Ba Ti O3:Ln3+纳米晶粒径分布均匀,尺寸较小约为100nm,高浓度掺杂后产物中出现大尺寸六棱棒状的Ba2Ti O4。(2)讨论了Ba Ti O3:Er3+和Ba Ti O3:Yb3+,Er3+的上转换发光性质和上转换机理。在980nm红外光激发下,Ba Ti O3:Ln3+纳米晶在峰值位于530nm、552nm、664nm处有三个尖锐的窄带上转换发射,分别源于Er3+激发态4H11/2,4H3/2,4F9/2向基态4I15/2的跃迁。产物的绿光上转换发射在Er3+单掺浓度为0.5%的样品中达到最强,与高浓度的Yb3+离子共掺后Er3+的绿光发射减弱,而红光上转换发射明显增强。原因是Yb3+/Er3+比例提高后,二者之间发生的能量逆传递过程急剧增加,导致原先布居在次激发态4S3/2上的Er3+大量无辐射跃迁布居在亚稳态4I13/2上,减弱了绿光上转换发射的同时明显增强红光上转换发射强度。(3)研究比对了羟基羧酸盐类螯合剂ST、GAS和氨基羧酸盐螯合剂EDTA对产物的粒径控制效果以及它们在样品退火过程对晶相转变的影响。Na YF4:20%Yb3+,0.5%Tm3+纳米晶的平均粒径从没有螯合剂参与时的152 nm减小到ST/Ln3+=4时的35nm,ST拥有与最常用的螯合剂EDTA相近粒径控制效果,但是GAS对产物粒径的控制效果则较差,说明并不是所有的羟基羧酸盐类的螯合剂都适合用来络合稀土离子控制产物粒径。此外,ST作为螯合剂不会抑制Na YF4在退火过程中的晶相转变,产物经过600℃退火处理5h能够从立方相转变为具有更高上转换效率的六角相构。而GAS和EDTA辅助合成的样品在相同温度处理后产物中依然存在立方相成分,而且螯合剂用量越大,立方相成分越多。(4)观测了980nm激发下Na YF4:Yb3+/Tm3+纳米粒子的上转换发光,讨论了三种螯合剂对产物上转换发光的影响。红外光激发下所有样品都发出明亮的蓝紫色光,最佳的Tm3+掺杂浓度为0.5%。样品的上转换发光强度随螯合剂用量的增加先增强后减弱,ST/Ln3+=3时合成的Na YF4:20%Yb3+,0.5%Tm3+平均粒径为38nm,其上转换发光达到最强,是相同螯合剂比例下EDTA样品的1.5倍、GAS样品的4倍以及无螯合剂参与样品的2倍。更重要的是:ST所属的羟基羧酸盐具有无毒、生物降解性好、环保的优势,考虑到ST较好的纳米晶粒径控制效果,它完全可以取代EDTA成为新型的稀土离子螯合剂。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

【参考文献】