三种稀土钪化合物的制备及发光性能研究

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由于具有不同物相、形貌和尺寸的微/纳米材料在催化、发光、生物标记等领域有广泛应用,因而可控地合成这些微/纳米材料引起了人们极大的兴趣。在这些材料中,氟化物材料具有声子能量较低和透明度较高的特点,因而降低了材料的非辐射弛豫过程。与氧化物和硫化物材料比起来,氟化物材料在光学应用方面更有优势。此外,磷酸盐材料也有自己的优良特性,比如水溶性较低、化学/热稳定性较高和折射系数高等。磷酸盐材料的三维晶格体系比较稳固,是一种用于电荷补偿的完美材料。这些特性使得氟化物材料和磷酸盐材料在上/下转换发光、磁性、激光和生物标记方面有广泛的应用。可是,以钪元素为基础的氟化物材料或者磷酸盐材料被人们忽略了。众所周知,钪元素在所有的稀土元素中,原子半径最小且具有独特的电子构型,这些特性导致了钪氟化物和磷酸钪的光学特性不同于以钇元素或其它镧系元素为基础的材料。镧系离子掺杂被认为是一种有效地控制微/纳米材料生长过程的策略,可以改变材料的物相、形貌、尺寸和物理化学性质。水热或者溶剂热合成法是一种简单的制备磷酸盐和氟化物材料的方法,本论文的主要研究工作如下:(1)通过一步简单的溶剂热法(溶剂是乙二醇)成功地制备了单分散的ScF3和Na ScF4微/纳米晶样品;在我们的实验中,我们改变了反应时间、表面添加剂、Na/F/(Sc+Ln)的摩尔比、H2O/EG的体积比和镧系离子掺杂来控制样品的合成;在制备的样品中,分别掺杂1%Ln3+(Ln=La-Lu,除了Pm)或者掺杂不同浓度的Lu3+(1%60%)展示出不同的物相、形貌和尺寸;这些具有不同形貌样品可能的生长机制被提出:掺杂不同种类的Ln3+和不同浓度的Lu3+会产生不同的F-扩散速率,晶面的化学势随着晶面的F-数目的变化而改变,不同晶面对应的生长速率发生改变,导致晶体产生丰富的形貌;此外,ScF3:5%Eu3+,Na ScF4:1%Ln3+(Ln=Ce,Er,Sm)和ScF3:30%Yb3+/1%Er3+展示出独特的上/下转换发光特性,因而使得这些样品在发光和显示领域具有应用潜力。(2)通过一步简单的、无添加剂的水热法合成了ScPO4·2H2O和ScPO4·2H2O:Ln3+(Ln=Ce,Eu,Tb,Lu)材料;p H值、反应时间、反应温度、添加剂和稀土离子掺杂对产品的形貌具有重要的影响;特别是,稀土离子掺杂对ScPO4·2H2O:Ln3+样品的物相没有影响,但是却对ScPO4·2H2O:Ln3+形貌产生了影响,形貌从六方片转变为微米片、四角星、菱形和蝴蝶状;ScPO4·2H2O:Ln3+(Ln=Ce,Tb)样品分别展示出强烈的蓝、绿色发光;在不同的形貌中,ScPO4·2H2O:3%Tb3+六方片(p H=5)样品的发光强度最强,因为它具有较大的几何各向异性;ScPO4·2H2O:Ln3+材料被期望应用于荧光材料、磁性材料、激光和生物标记领域。
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