稀土氟化物及磷酸盐材料的制备及其多色荧光性质研究

发布时间：2020-11-12 01:44

　　 近年来,稀土离子掺杂的发光材料因其在固态激光器、太阳能电池、荧光探针和许多其他领域中的潜在应用而引起了很多关注。由于稀土元素独特的电子配置,因此具有丰富的能级,并且可以选择和设计这些能级以吸收或发射指定的光,这就是为什么稀土元素在光学领域很受欢迎。此外,发光材料的物相、维度和形貌对材料的物理和化学性质会产生一定的作用,从而影响着材料的性能。因此,设计合成分散性好、尺寸均一、形貌可控、纯度较高的微/纳米光功能材料以及进一步研究其微观结构的生长机理具有重要意义。在诸多制备光功能材料的方法中,水热法因其具有制备条件简单节能、体系稳定、合成温度低、结晶性好以及对环境的污染性小等优点,近些年被广泛用于制备各种功能材料。本论文主要采用温和的水热法,制备了稀土掺杂的氟化物(KSc_2F_7,KYb_3F_(10))和磷酸盐(Na_3Sc_2(PO_4)_3)。同时,控制了影响材料微观结构生长机理的诸多因素(如浓度、温度、pH和添加剂等)。并研究了产物的物相和形貌以及掺杂稀土离子之后产物的物相、形貌和发光性质,揭示了每种形态的生长机制,以便更深入地了解晶体的生长过程。具体研究内容分为三部分,其一是通过改变F/Sc比、pH值和表面活性剂制备了形貌丰富的KSc_2F_7微晶(包括微米棒、片、花状和矩形状)。此外,掺杂半径较大的Ln~(3+)有助于形成更大的颗粒,这为控制其他类似微晶的形貌和尺寸提供了一种新方法。获得的KSc_2F_7:Ln~(3+)(Ln=Ce、Eu和Tb)产物显示多色发射分别为红色(Eu~(3+))、绿色(Tb~(3+))和蓝色(Ce~(3+))。其二是通过水热合成与低温煅烧相结合的方法,制备了一系列发光可控的Na_3Sc_2(PO_4)_3:Ce~(3+)/Tb~(3+)/Eu~(3+)(NSPO)荧光粉,并详细研究了Na_3Sc_2(PO_4)_3的晶体结构、发光性质以及Ce~(3+)→Tb~(3+)和Tb~(3+)→Eu~(3+)能量传递等特性。其三是通过操纵不同的晶体生长环境,如增加F~-的浓度、调节pH、使用不同的氟化物以及掺杂半径较大的Ln~(3+)得到均匀且形貌多样的KYb_3F_(10)荧光粉。获得的KYb_3F_(10):Ln~(3+)(Ln=Tb,Eu)荧光粉分别显示出明亮绿光(Tb~(3+))和红光(Eu~(3+))。
【学位单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ422
【部分图文】：

些 4f 电子跃迁，可产生发光和激光，适合作发光材料的活化离子[1]。三价稀土离组态是[Xe] 4fn5s25p6(n=0-14)，它具有电子填充在 4f 组态中的特点，则 4f 组态容纳 14 个轨道，n 个电子分别排列在 4f0-4f14上，产生 14！/n！（14-n）！个电。每个能级可以产生不同的能量，从紫外光到可见光再到红外光[2-4]。各稀土离子构图示于图 1.1。从图中可以看出，Gd 之前的 fn(n=0~6)元素和 Gd 之后的 f14-n元

并正在向其他新兴技术领域扩展[7]。1.3 稀土发光材料的发光机制1.3.1 上转换发光上转换发光，来自斯托克斯定律，也被称为反-斯托克斯发光（Anti-Stokes）。斯托克斯定律指出，短波高频光和长波低频光。随着人们不断的探索发现有些材料可以达到与上述定律正好相反的发光效果，称其为反斯托克斯发光，也称上转换发光[8-10]， 也就是指吸收两个或两个以上低能量的光子而发出一个高能量光子的非线性发光过程。到目前为止，在掺杂稀土离子的化合物中发生了上转换发光，主要是氟化物，如：NaYF4；氧化物，如：CaAl4O7/SrAl4O7；硫化合物，氟氧化物，卤化物等是目前上转换发光效率最高的基质材料，常见的能产生上转换发光的稀土离子是 Er3+、Tm3+和 Ho3+。由于 Yb3+在980 nm 附近具有较强的吸收，它一般作为敏化剂将吸收到的能量传递给 Er3+、Tm3+和Ho3+离子，使它们可以有效地产生辐射跃迁，同时由于 Yb3+激发态与基态之间能量差与Er3+、Tm3+和 Ho3+各能级内的能量差匹配性较好，因此 Yb3+是最合适的敏化剂。几乎所

水以及粘度、蒸气压、介电常数、电离常数等都与反应温度和压力密切相件不变的情况下，温度越高，蒸气压越高，使溶质的溶解度增加，加速溶质越有利，晶体生长速率越高[30]。H 值：不仅可以影响溶质的溶解度，影响晶体的生长速度，而且还能改变基元的结构，一般来说，溶液的 pH 值可以有效地改变离子传输速率和化平衡，然后改变生长晶体取向，以及最终产生不同相或不同形式的晶体产.3 表示水热法制备的 NaLa(MoO4)2在不同 pH 条件下单分散且均一的形貌[3时间：一般情况下随着反应时间的增加，水热反应更加充分，晶体生长得更溶质消耗完毕，反应终止。在水热条件下，晶体的生长经历了“溶解 - 结
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 舒一盟;;改进的水热法在无机非金属材料制备中的应用初探[J];科学家;2017年14期

2 王海龙;徐中慧;吴丹丹;谭钦文;谢羽佳;李春林;;粉煤灰两步水热法制备人工沸石[J];化工环保;2013年03期

3 贺祯;侯艳超;殷海荣;;微波水热法制备钛酸锶钡粉体的研究进展[J];陕西科技大学学报(自然科学版);2011年05期

4 苏威;;水热法制造氧化锆系超微粒子[J];无机盐工业;1987年01期

5 于亚勤,李玫,杨太礼;YP_5O_(14):Er~(3+),Tm~(3+)晶体的合成[J];中国激光;1989年09期

6 景晓燕,洪广言,李有谟;Y_2O_3稳定的ZrO_2超微粉末的合成与结构研究[J];稀土;1989年04期

7 杨洪武;张明睿;;水热法人工生长水晶[J];河南化工;1989年03期

8 吴健松;肖应凯;梁海群;;改进的水热法在无机非金属材料制备中的应用[J];化学通报;2012年04期

9 朱利兵;唐元洪;胡爱平;林良武;;无酸水热法制备多孔硅[J];电子器件;2006年02期

10 张熙曼;吴秀勇;;微波水热法制备核壳结构勃姆石粉体[J];泰山医学院学报;2013年07期

相关博士学位论文 前10条

1 王景州;TiO_2（B）基复杂化合物纳米异质结的制备及催化性能研究[D];陕西师范大学;2018年

2 何玲;红色稀土硼酸盐荧光粉的合成及其发光性能的研究[D];兰州大学;2007年

3 盛英卓;水热法制备水溶性碳点及其荧光性能与应用研究[D];兰州大学;2015年

4 谢宝庚;稀土钒酸盐的制备及发光和催化性能研究[D];华东理工大学;2012年

5 金剑;水热法垃圾焚烧飞灰重金属稳定化处理及同步去除废水中重金属[D];浙江大学;2010年

6 马杰;稀土钒.硼.磷酸盐纳米材料的固相水热法构筑及其发光性能研究[D];同济大学;2008年

7 马元;磷酸铁锂及其石墨烯复合材料的制备与性能研究[D];山东大学;2013年

8 张伟;基于葡萄糖水热法制备功能性纳米材料及其应用的研究[D];天津大学;2012年

9 马晓军;水热法处理生活垃圾焚烧飞灰中重金属和二恶英的研究[D];浙江大学;2013年

10 曹大鹏;α-Fe_2O_3电极的水热法制备及其光电化学性能研究[D];南京大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 苏瑾瑜;水热法制备球状MoS_2/TiO_2及其光催化性能[D];西北大学;2019年

2 熊杰;稀土氟化物及磷酸盐材料的制备及其多色荧光性质研究[D];西南大学;2019年

3 骆建国;焦绿石结构钛酸铋的制备及性能研究[D];武汉工程大学;2018年

4 刘晓丹;超细硅磷酸钙粉体的水热法制备及性能研究[D];上海师范大学;2019年

5 许博宇;氧化锌纳米棒的制备及其光催化性能的研究[D];兰州理工大学;2019年

6 方超;水热法制备负温度系数热敏陶瓷电阻及其性能研究[D];贵州大学;2019年

7 韩君竹;水热法制备MoS_2/ZnS及其光催化性能研究[D];西北大学;2018年

8 刘威;微波水热法制备硅铁红色料[D];景德镇陶瓷学院;2015年

9 康英英;超重力—水热法合成纳米ZSM-5分子筛[D];北京化工大学;2018年

10 李家欣;水热法制备氧化锆溶胶[D];华中科技大学;2017年

本文编号：2880062