用于光谱调制碱金属铌酸盐微纳材料的设计与合成

发布时间：2017-05-07 17:05

  本文关键词：用于光谱调制碱金属铌酸盐微纳材料的设计与合成，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纳米材料由于具有量子尺寸效应、表面界面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等优异的性能,因而表现出诸多异于传统体相材料的特点,如特殊的电学、光学、磁学性质,在光学材料、电子材料、磁性材料、催化材料等方面具有广阔的应用前景。在众多材料中,由于碱金属铌酸盐XNb O3(X=Li,Na,K)是一类优异的多功能材料,具有良好的铁电、压电、光电、光催化、非线性光学性能,同时还具有光折变效应、低毒和化学稳定性等特点,因此,在高新科技领域中具有广泛的用途。同时,稀土元素(Re)具有丰富的能级结构和特殊的电子层结构而表现出一些优异的特性。因此,本论文致力于研究用于光谱调制碱金属铌酸盐微纳米材料的设计与合成。具体的研究内容和研究成果如下:(1)采用液相离子交换技术制备了XNb O3(X=Li,Na,K)微纳米晶体。首先,通过水热法制备了前躯体KNb O3纳米颗粒,探讨了前躯体在XOH(X=Li,Na,K)溶液中的化学活性,发现所得前躯体KNb O3纳米颗粒是KNb O3的一种新相,在Na OH溶液中具有较高反应活性。其次,探讨了反应条件(表面活性剂、反应介质)对Li Nb O3和Na Nb O3晶体结构及形貌的影响,发现表面活性剂和反应介质对Na Nb O3微纳米晶的相型、尺寸和形貌的影响最为显著,并对Na Nb O3微纳米晶的生长机理做了详细分析。再次,研究了Na Nb O3微纳米晶的光学性质及Na Nb O3:Eu3+纳米晶的发光性质,发现Na Nb O3微纳米晶具有很强的SHG响应,其SHG强度与体积大小相一致;此外,Na Nb O3:Eu3+纳米晶具有很强的红光发射。(2)研究了不同形貌和尺寸的单颗六方相Na Nb O3微纳米晶的光学SHG性质。通过功率依赖测试,发现各单颗六方相粒子的SHG均呈现与入射光功率的二次依赖关系,为二阶非线性过程。计算了各单颗六方相Na Nb O3微纳米晶的SHG平均强度,发现相同晶型的晶体呈现相似的光学SHG响应,与形貌无关,而与材料的二阶非线性极化率有关。研究了各单颗六方相Na Nb O3微纳米晶的SHG偏振依赖关系,发现形貌和尺寸对SHG的偏振特性没有明显的影响,由此还确立了各微纳米晶的取向。(3)采用溶胶-凝胶法制备了一系列Na Nb O3:Ln3+(Ln=Eu,Dy,Sm,Er/Yb)纳米发光材料,对它们的晶相和形貌进行了测试,发现少量Ln3+离子的掺入对Na Nb O3的晶型没有明显的影响,其形貌为~45 nm的立方纳米颗粒。研究了外部脉冲强磁场对Na Nb O3:Ln3+(Ln=Eu,Dy,Sm,Er/Yb)纳米晶的荧光性质的影响,并探讨了产生磁光相互作用可能存在的原因和机理。对于Na Nb O3:Eu3+纳米晶,其5D0→7F2和5D0→7F4跃迁的荧光积分强度随磁场强度增加而降低,且峰位同时发生蓝移和红移,而外部磁场对Eu3+:5D0→7F1和5D0→7F3跃迁没有明显的影响,其主要原因是高磁场下引起的塞曼效应,改变了Eu3+离子周围晶体位置的对称性,而Eu3+:5D0→7FJ(J=1-4)跃迁对对称性变化的敏感程度不同导致的。对于Na Nb O3:Dy3+/Sm3+纳米晶,Dy3+:4S3/2→4I15/2,4F9/2→4I15/2和Sm3+:4G5/2→6H5/2,4G5/2→6H7/2和4G5/2→6H9/2等跃迁的发光积分强度随磁场强度的增加而减小,发光带发生位移及发光峰发生简并,并随着磁场强度的增加,位移增大,简并度越大,这是因为在磁场作用下塞曼能级跃迁能量的强重叠,增加了能级间的非辐射驰豫所致。对于磁场诱导Na Nb O3:Er3+,Yb3+纳米晶上转换发光,Yb3+离子作为Er3+离子的敏化剂,Er3+离子4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁的发射谱带的发光积分强度随磁场强度的增加先增强后减弱,这一现象归因于晶体场中磁场诱导轨道自旋耦合的“混合”效应所致。(4)采用高温固相法制备了Na Nb O3:Pr3+红色长余辉发光材料,研究了Na Nb O3:Pr3+发光材料的荧光性质和余辉性质,发现其余辉性能源于Pr3+离子的1D2→3H4跃迁;研究了Pr3+离子掺杂量对样品余辉性能的影响,发现Pr3+离子掺杂量为4%时其余辉性能最好;分析了其余辉机理:电子是主要的电荷载体。
【关键词】：微纳材料 碱金属铌酸盐 光谱调制 二次谐波产生 稀土
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 绪论14-48
• 1.1 纳米材料的概述[1-3]14-34
• 1.1.1 纳米材料的定义14
• 1.1.2 纳米材料的发展历程[5-9]14-17
• 1.1.3 纳米材料的分类17-20
• 1.1.4 纳米材料的效应20-24
• 1.1.5 纳米材料的特性24-25
• 1.1.6 纳米材料的制备方法25-34
• 1.1.7 纳米材料的应用前景34
• 1.2 碱金属铌酸盐XNbO_3 (X = Li, Na, K)的结构、主要性质及应用34-42
• 1.2.1 LiNbO_3的结构、主要性质及应用36-38
• 1.2.2 KNbO_3的结构、主要性质及应用38-40
• 1.2.3 NaNbO_3的结构、主要性质及应用40-42
• 1.3 微纳结构碱金属铌酸盐的研究进展42-44
• 1.4 光谱调制44-46
• 1.4.1 上转换(Up-conversion)44-45
• 1.4.2 下转换(Down-conversion)45
• 1.4.3 光致发光(Photoluminescence)45-46
• 1.5 本论文的研究意义及主要内容46-48
• 第二章 样品的制备及测试表征技术48-59
• 2.1 实验药品及来源48-49
• 2.2 主要仪器设备49-50
• 2.3 样品的制备方法50
• 2.4 主要表征手段及相应的仪器设备50-58
• 2.4.1 X-射线分析装置50-52
• 2.4.2 成像52-54
• 2.4.3 光致发光谱54-55
• 2.4.4 光学SHG测试系统55-56
• 2.4.5 磁场调控诱导发光测试系统56-57
• 2.4.6 长余辉发光谱及余辉衰减曲线57
• 2.4.7 热释光谱57-58
• 2.5 本章小结58-59
• 第三章 XNbO_3 (X = Li, Na, K)微纳材料的可控合成及光学性质研究59-79
• 3.1 引言59-60
• 3.2 实验与测试部分60-64
• 3.2.1 实验部分60-63
• 3.2.2 测试部分63-64
• 3.3 结果与讨论64-78
• 3.3.1 前躯体KNbO_3纳米粒子64-66
• 3.3.2 KNbO_3纳米晶的结构及微观形貌66-67
• 3.3.3 LiNbO_3纳米晶的结构及微观形貌67-69
• 3.3.4 NaNbO_3纳米晶的结构及微观形貌69-78
• 3.4 本章小结78-79
• 第四章 单颗六方相NaNbO_3微纳晶体的光学SHG性能的研究79-88
• 4.1 引言79-80
• 4.2 实验与测试部分80-82
• 4.2.1 实验部分80
• 4.2.2 测试部分80-82
• 4.3 结果与讨论82-87
• 4.3.1 单颗六方相NaNbO_3微纳米晶体的光学SHG性质82-83
• 4.3.2 单颗六方相NaNbO_3微纳米晶体的功率依赖测试83-84
• 4.3.3 单颗六方相NaNbO_3微纳米晶体的偏振依赖测试84-87
• 4.4 本章小结87-88
• 第五章 稀土掺杂NaNbO_3纳米晶的制备及磁场诱导发光演变理论模型的建立88-118
• 5.1 引言88-89
• 5.2 实验与测试部分89-92
• 5.2.1 实验部分89-90
• 5.2.2 测试部分90-92
• 5.3 结果与讨论92-116
• 5.3.1 NaNbO_3纳米晶的制备92-93
• 5.3.2 磁场调控NaNbO_3:Eu~(3+)纳米晶的发光性能93-100
• 5.3.3 磁场调控NaNbO_3:Dy~(3+)/Sm~(3+)纳米晶的发光性能100-110
• 5.3.4 磁场调控NaNbO_3:Er~(3+),Yb~(3+)纳米晶的上转换发光性能110-116
• 5.4 本章小结116-118
• 第六章 NaNbO_3:Pr~(3+)红色长余辉发光材料的制备及性能研究118-126
• 6.1 引言118-119
• 6.2 实验与测试部分119
• 6.2.1 实验部分119
• 6.2.2 测试部分119
• 6.3 结果与讨论119-125
• 6.3.1 物相及结构分析119-120
• 6.3.2 荧光性质120-121
• 6.3.3 余辉性质121-122
• 6.3.4 余辉衰减曲线122-123
• 6.3.5 热释光谱分析123-125
• 6.3.6 余辉机理分析125
• 6.4 本章小结125-126
• 第七章 结论与展望126-129
• 7.1 结论126-128
• 7.2 展望128-129
• 参考文献129-149
• 附录149-154
• 附录1 公式(4-2)的推导149-151
• 附录2 磁场对稀土(Re)离子能级的影响151-153
• 附录3 资助本论文的项目153-154
• 攻读博士学位期间取得的研究成果154-156
• 致谢156-157
• 附件157

【参考文献】

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1 李中田;不同组成稀土掺杂纳米氟化物的光谱性质研究[D];长春理工大学;2007年

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本文编号：350233