稀土掺杂核壳结构纳米发光材料的制备及表征

发布时间：2020-11-10 05:53

　　 本文通过溶胶凝胶法制备了SiO_2@LaPO_4:Ce~(3+)/Tb~(3+),利用热分解法分别制备了NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)、Fe_3O_4@mSiO_2@NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)两种稀土掺杂荧光粉。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)、荧光分光光度计(PL)等测试手段对材料进行了表征。通过反复实验,确定了最佳的制备条件。对样品进行稀土元素掺杂,研究体系的发光性能,以期获得形貌可控、性能优越的核壳结构发光材料。本论文的主要研究内容如下:(1)以Ln(NO_3)_3·6H_2O和NaH_2PO_4为原料,利用溶胶凝胶法制备了SiO_2@LaPO_4:Ce~(3+)/Tb~(3+)核壳结构荧光粉。详细探讨了反应时间、煅烧温度和SiO_2尺寸对样品的形貌、晶体结构以及发光性能的影响。实验结果如下:当反应时间为4 h,煅烧温度为800℃,正硅酸乙酯的用量为3 mL时,可获得单分散的发光性能最好的核壳结构荧光粉。正硅酸乙酯的用量决定了核壳结构中SiO_2尺寸的大小,在3 mL用量的情况下获得SiO_2的尺寸为370 nm,此时样品的发光性能最佳。煅烧温度对样品的发光性能起着关键作用。随着煅烧温度的提高,样品的结晶度逐渐提高,800℃以后由于样品尺寸和表面形貌的变化导致样品的结晶度发生改变,样品的发光强度降低。在800℃条件下,SiO_2@La PO_4:Ce~(3+)/Tb~(3+)核壳结构荧光粉发出明亮绿光,发光强度可以达到La PO_4:Ce~(3+)/Tb~(3+)荧光粉的71.25%。(2)以稀土三氟乙酸盐RE(CF_3COO)_3和三氟乙酸钠为前驱物,在油酸(OA)、油胺(OM)、十八烯(ODE)溶剂中通过热分解法成功地制备了NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)上转换纳米颗粒(UCNPs)。研究了反应温度、反应时间、溶剂组成、稀土离子掺杂浓度这四个基本的条件对产物发光性能的影响。结果表明:当反应温度为300℃、反应时间为1.5 h时,所获得样品的尺寸在30 nm左右,大小均一,分散均匀,样品的结构为立方相和六方相的混合相,发光强度最高,发射出橙红光;当溶剂组成为OA:OM:ODE=1:0:1时,样品的发光性能最好,发出耀眼绿光;当掺杂离子的浓度Yb~(3+)、Er~(3+)分别为10%和4%时,样品的发光强度最高,发射出橙红光。(3)通过溶剂热法制备了Fe_3O_4纳米粒子、模板法制备了Fe_3O_4@mSiO_2、高温热解法制备了Fe_3O_4@mSiO_2@NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)纳米复合材料。研究了反应时间、反应温度、溶剂组成对产物形貌、结构以及上转换发光性能的影响。实验确定当反应温度为160℃,反应时间为12 h时,获得的Fe_3O_4纳米粒子最好。Fe_3O_4@mSi O_2@NaYF_4:Yb~(3+)/Er~(3+)在300℃油胺溶剂中且用热解法制备时具有良好的发光性能。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;TQ422
【部分图文】：

稀土掺杂核壳结构纳米发光材料的制备及表征方面，低声子能量对减少非辐射损失并增大辐射发射。比如，当高声子能量基质中掺杂进 Er3+离子时，非辐射弛豫4I13/2激发态增强；使4I13/2→4I15/2跃迁命和量子产率减少。所以，低声子能量的主体材料有利于提高 UCL 效率，要受材料中的非辐射过程控制。考虑到声子能量和晶格，具有高化学稳定性声子能（约 350 cm-1）的稀土氟化物可通过阻碍非辐射驰豫来增加 UC 发射此，他们是 UCL 的理想基质。在稀土氟化物主体中，由于位于两个不同晶置的掺杂离子之间的相互作用，六方晶系 NaYF4（β-NaYF4）成为最好的 RE U机主体材料。.3 上转换发光机理上转换发光机理主要有(a)激发态吸收(ESA)，(b)能量转移上转换(ETU)，同致敏上转换(CSU)，(d)交叉弛豫(CR)和(e)光子雪崩(PA)五种[20-21]。

缓慢滴加白色 SiO2粉体CH3CH2OHH2ONH3·H2OSi(OC2H5)4聚氯乙烯薄膜密封杯口，搅拌 4 h半透明溶液离心、洗涤、干燥图 2-1 SiO2制备的流程图Fig. 2-1 The flow chart of SiO2preparation2@LaPO4: Ce3+/Tb3+的制备

貌的表征显 示 了 SiO2和 SiO2@LaPO4:Ce3+/Tb3+的 SEMCe3+/Tb3+的 EDS 光谱。从图 2-4a 中可以观察到，生光滑(平均尺寸 370 nm)，无团聚，尺寸分布较窄。用 硅颗粒进行功能化包覆后，得到 SiO2@LaPO4:Ce3+/态特性，即这些颗粒仍是球形，未团聚，且分散良好变得比较粗糙。这表明，根据实验中所采用的方法， 表 面 实 现 了 良 好 的 包 覆 。 然 而 ， SEM 显 微 照Ce3+/Tb3+纳米颗粒表面基本的形貌信息，由于 LaPO所有 SiO2粒子都保持球形和非团聚状态。SiO2@La SEM 低倍率而无法从扫描电镜中分辨出来。图 2-4两个强峰，其它不同的峰可归因于 P、La、Cb3+包覆在 SiO2颗粒上晶体的形成提供了额外的证据。
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本文编号：2877566