稀土离子掺杂纳米结构材料的物相、形貌及荧光性能研究

发布时间：2020-02-23 06:41

【摘要】：采用液相法(多醇法、溶剂热法、水热法)制备稀土离子掺杂的纳米结构材料,研究了合成条件、p H值、掺杂稀土离子的种类及浓度等对样品物相、形貌、发光性能的影响,主要研究结果如下:采用多醇法制备了稀土离子掺杂的蘑菇状Zn O,所制备的蘑菇状Zn O为六方晶系结构。实验结果表明影响蘑菇状形貌的两个关键因素为N2的通入及适量(NH4)2HPO4的加入,未通入N2时所得样品为NH4Zn HPO4,改变(NH4)2HPO4的加入量,样品由Zn O变成NH4Zn HPO4,其形貌由不规则的颗粒变成蘑菇状、球状、片状。探讨了蘑菇状形貌的可能形成机理;单掺杂Eu3+或Tb3+离子的蘑菇状Zn O分别表现出红光或绿光发射。利用溶剂热法,以H2O作为溶剂,通过改变起始原料、溶液的p H值、掺杂稀土离子的种类及浓度等条件可实现对磷酸锌纳米结构材料物相、形貌及发光性能的调控。制备了一系列不同形貌的稀土离子掺杂磷酸锌发光材料(纳米颗粒、片状、块状、花状),实验结果表明:起始原料(不同的磷源)的改变对样品的物相没有影响,但对形貌有影响,p H值的改变对样品的物相和形貌均有影响。从而提出了不同形貌的形成机理,氢键及分子间作用力是影响形貌的关键因素。掺杂Eu3+或Tb3+离子分别表现出其特征发射。通过调节Eu3+离子的掺杂量,利用水热法制备了多色发光的Cd WO4纳米棒。当Eu3+离子的掺杂量为0.4%~4.0%,对样品的物相和形貌影响不大,当掺杂浓度继续增加至6.5%,样品中出现了单斜相的Eu2O3,其形貌也变的不规则。在290 nm紫外光激发下,未掺杂的Cd WO4表现出蓝光发射,归属于WO42-离子的本征发射;改变Eu3+离子的掺杂量(0.4%~6.5%),样品分别表现出白光及红光发射,根据其荧光寿命计算了样品的能量传递速率及效率。探讨了WO42-和Eu3+之间的能量传递过程。采用水热法制备了空心半球形Sr WO4及Tb3+、Eu3+掺杂的Sr WO4球形颗粒。未掺杂的Sr WO4具有空心半球形形貌,属四方晶系。Sr WO4:Tb3+及Sr WO4:Eu3+的形貌从空心半球形转变为球形颗粒。随着Tb3+掺杂浓度的增加,Sr WO4:Tb3+的形貌从球形变成由纳米棒构成的花状;随着Eu3+掺杂浓度的增加,样品中出现了单斜相的Eu2WO6,其形貌也发生了明显的变化。在紫外光激发下,Sr WO4:Tb3+及Sr WO4:Eu3+的发射光谱由钨酸根的宽带发射和掺杂离子的特征发射组成,分别表现出绿光和红光发射。Tb3+和Eu3+的最佳掺杂摩尔分数为3%和25%。
【图文】：

形貌,纳米结构材料,维度

2图 1.1 不同维度的纳米结构材料[23]纳米结构材料的结构及形貌决定了其性能的差异[40-43]，因此，发展纳米结料的合成方法，，研究结构与性能之间的内在联系，实现对其结构和形貌的合成，制备出性能更加优异的纳米结构材料，这一直是国内外科研工作者的焦点[44-46]。在众多的纳米结构材料中，稀土纳米结构材料由于具有特殊光性能、磁性等，以及在许多领域的广泛应用而成为研究的热点课题之

图 2.1 蘑菇状 ZnO: Tb3+的 SEM 照片(a)，香菇的照片(b)，ZnO: Tb3+的 XRD谱图和 TEM 照片(d)图 2.2a 给出了蘑菇状 ZnO: Tb3+的 STEM-SEI 照片，3D结构的蘑菇状形清晰的呈现出来，由图可知，蘑菇伞帽部分由单根纳米棒呈发射状组合，蘑菇柄部分由纳米片沿层状堆积而成。蘑菇状 ZnO: Tb3+的 EDS 元素分如图 2.2b~d 所示，表明 Tb 均匀分布在 ZnO 中。与此同时，也给出了蘑菇O: Eu3+的 STEM-SEI 照片及 EDS元素分布图，Eu也均匀分布在 ZnO中， 2.3 所示。由此可知稀土离子(Tb3+或 Eu3+)的掺杂对蘑菇状 ZnO 的形貌影大。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1

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