基于钆化合物一维纳米材料的构筑与磁光双功能特性研究

发布时间：2020-09-04 17:09

　　 Gd~(3+)拥有7个未成对的4f电子,会产生较大的磁矩,可作为良好的顺磁材料。因此,钆离子化合物为基质的稀土发光材料,广泛地应用在光学成像、纳米探针、生物标签和核磁共振成像等领域。目前科研工作者已成功制备了各种各样的钆基化合物粉体,而对钆基化合物一维纳米材料的报道却较少。近年来,采用静电纺丝技术已成功制备出多种一维纳米材料,与其它实验方法相比,其优点为操作流程简便、应用范围较广和成本效益高等。因此,采用静电纺丝法合成稀土掺杂钆化物一维纳米材料是一个有重要价值的研究课题。本论文中通过静电纺丝法首先合成了原始复合纳米纤维或纳米带,然后对其高温煅烧,得到Gd_2O_3:Dy~(3+),Eu~(3+)纳米纤维,Gd_2O_3:Yb~(3+),Tm~(3+)纳米纤维和纳米带,Gd_2O_3:Yb~(3+),Ho~(3+)纳米纤维和纳米带,Gd_2O_3:Tb~(3+),Eu~(3+)纳米纤维,最后采用双瓷舟硫化、双坩埚氯化、双瓷舟溴化方法,首次合成了Gd_2O_2S:Dy~(3+),Eu~(3+)纳米纤维,GdOCl:Yb~(3+),Tm~(3+)纳米纤维和纳米带,GdOCl:Yb~(3+),Ho~(3+)纳米纤维和纳米带,GdOBr:Tb~(3+),Eu~(3+)纳米纤维。利用XRD、SEM、PL和振动样品磁强计等仪器,对产物进行了分析。结果表明,Gd2O2S:Dy~(3+),Eu~(3+)纳米纤维为六方晶系结构,空间群为P3~-m1;GdOCl:Yb~(3+),Tm~(3+)和GdOCl:Yb~(3+),Ho~(3+)纳米结构为四方晶系,空间群为P4/nmm;GdOBr:Tb~(3+),Eu~(3+)纳米纤维为四方晶系,空间群为P4/nmm。通过SEM照片可知,纳米纤维的直径和纳米带的宽度分布大约在100-300 nm和1-3μm。PL分析可知,在272 nm紫外光激发下,通过改变Dy~(3+)或Eu~(3+)的含量,Gd_2O_2S:Dy~(3+),Eu~(3+)纳米纤维可以实现光色可调和能量传递;分别在980 nm和357 nm激发下,GdOCl:Yb~(3+),Tm~(3+)纳米纤维实现上转换和下转换双模发光;分别在980 nm和455 nm激发下,GdOCl:Yb~(3+),Ho~(3+)纳米纤维也实现双模发光;通过改变Tb~(3+)和Eu~(3+)的含量,GdOBr:Tb~(3+),Eu~(3+)纳米纤维实现了光色可调和能量传递。稀土掺杂钆化物一维纳米材料不仅具有良好的发光性能还具有顺磁特性。论文中取得了一些有意义的结果,为深入研究其他钆基化合物的荧光及磁性奠定了一定基础。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：

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另一个与ESA跃迁的共振。此外，ESA是单离子过程，所以理想的浓度是以避免能量传递损失的低活性离子浓度。图1.2 激发态吸收原理图 (ESA)Fig. 1.2 Principle diagram of the excited state absorption (ESA)二、能量传递直到二十世纪六十年代中期，RE离子之间所有的能量传递(ET)都是敏化剂(或供体)离子处于激发态而激活剂(或受体)离子处于其基态时的类型；那么，由于这两种离子之间的相互作用，由敏化剂累积的能量被传递到活化剂。这种传统的ET解释为敏化荧光以及浓度猝灭。然而，在1966年有人提出这种ET可能跟泵浦光子的ESA有关。能量传递有连续能量传递和交叉弛豫两种形式。(1) 连续能量传递如图1.3所示为连续能量传递过程，该过程通常在不同的离子之间进行。在这种情况下，只有敏化剂离子可以吸收入射通量为Φ的光子。之后，活化剂离子从基态被第一个ET激发到激发态2，然后通过第二个ET被激发到激发态3

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3图1.3 连续能量传递原理图 (SET)Fig. 1.3 Principle diagram of the successive energy transfer (SET)(2) 交叉驰豫图1.4为交叉驰豫(CR)的原理图。实际上，交叉弛豫通常是指在相同离子之间发生的所有类型的ET。如果敏化剂和活化剂是相同的离子，则入射通量为Φ的光子被敏化剂和活化剂吸收，导致这两种离子同时处于激发态2。然后，ET使活化剂离子跃迁到激发态3，而敏化剂则降至较低的能级[15]。图1.4 交叉驰豫原理图 (CR)Fig. 1.4 Principle diagram of the cross relaxation (CR)三、光子雪崩图1.5显示了光子雪崩(PA)的发光机理，这是一种非常规的泵浦机制。泵浦波长仅在亚稳状态2和较高能级之间共振，这是PA的第一个特性。?

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Fig. 1.3 Principle diagram of the successive energy transfer (SET)(2) 交叉驰豫图1.4为交叉驰豫(CR)的原理图。实际上，交叉弛豫通常是指在相同离子之间发生的所有类型的ET。如果敏化剂和活化剂是相同的离子，则入射通量为Φ的光子被敏化剂和活化剂吸收，导致这两种离子同时处于激发态2。然后，ET使活化剂离子跃迁到激发态3，而敏化剂则降至较低的能级[15]。图1.4 交叉驰豫原理图 (CR)Fig. 1.4 Principle diagram of the cross relaxation (CR)三、光子雪崩图1.5显示了光子雪崩(PA)的发光机理，这是一种非常规的泵浦机制。泵浦波长仅在亚稳状态2和较高能级之间共振，这是PA的第一个特性。这个过程的第二个特征是激

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