稀土离子掺杂MYF4(M=Li,Na,K)纳米材料相、尺寸、形貌的控制合成及发光性质研究

来源 :内蒙古师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:glosslee
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稀土元素独特的4f电子构型,使其具有优异的光学、电学、磁学性质。而稀土掺杂氟化物上转换发光材料由于具有低的声子能量、长的激发态寿命、低的毒性、窄线宽等综合优势,一直吸引着人们广泛的研究和关注,并且致力于其在3D显示、固态激光器、太阳能电池、生物成像和生物标签、光学存储以及防伪印刷等领域的应用。对于上转换发光材料而言,基质材料是发光材料的主体,一般是不构成发光能级,但能为发光中心提供合适晶体场的材料。在三价稀土离子中,Y3+、La3+、Lu3+等无4f电子或4f亚层为全充满的离子,因其具有密闭的壳层结构,故呈现光学惰性,适合作为基质材料。此外,上转换基质材料的选择还要求其具有低的声子能量、高的化学稳定性和机械强度。本文以稀土复合氟化物LiYF4、NaYF4、KYF4为基质材料,Yb3+离子为敏化剂、Er3+离子为激活剂,通过调节MF/RE(Li F、NaF、KF)的比例、反应时间、反应温度等条件,实现对LiYF4、NaYF4、KYF4纳米材料晶型、尺寸、形貌的控制合成,并探究上述条件对其发光性质的影响。具体研究结果如下:(1)首次提出使用水热合成法制备稀土三氟乙酸盐前驱体。(2)采用热分解法在高沸点有机溶剂(油酸、十八烯)中,实现对β-NaYF4:20%Yb3+/2%Er3+纳米颗粒尺寸的精确调控(2733 nm),并且系统的讨论了Na F/RE的比例、反应温度、反应时间对NaYF4:20%Yb3+/2%Er3+纳米材料的成核、生长的作用机制,进一步得出在NaYF4:20%Yb3+/2%Er3+纳米材料生长过程中主要包括以下过程:(1)、成核、(2)、α-NaYF4纳米颗粒的生长、(3)、相变过程(奥斯瓦尔熟化)、(4)、β-NaYF4的尺寸收缩、(5)、β-NaYF4纳米颗粒的生长。(3)采用溶剂热法在油酸、正己醇的混合溶液中,实现由YF3:20%Yb3+/2%Er3+到LiYF4:20%Yb3+/2%Er3+的控制合成,并且对LiF/RE的比例以及反应温度对上述结果的作用机制进行了系统的讨论。随后,通过上转换发射光谱、荧光寿命光谱对YF3:20%Yb3+/2%Er3+、LiYF4:20%Yb3+/2%Er3+的光学性质进行表征。(4)采用溶剂热法合成在油酸、正己醇的混合溶液中,通过精确调控NaF/RE的比例,实现对NaYF4:20%Yb3+/2%Er3+纳米材料晶型(α、β)、形貌(纳米棒、纳米球、纳米棱柱)的控制合成。并且对β-NaYF4纳米棒的成长机制进行研究,得出在纳米棒生长过程中主要包括以下过程:成核、生长(α-NaYF4)、Ostwald Ripening过程(取向生长)、再生长。通过对激活剂离子种类的调节,实现对样品发光颜色的调节,并且借助荧光寿命光谱分别对Er3+4S3/2能级、Tm3+1G4能级以及Ho3+5S2能级的寿命进行观测。(5)在油酸、正己醇的混合溶剂中,通过调节KF/RE的比例实现由KY3F10:20%Yb3+/2%Er3+到K2YF5:20%Yb3+/2%Er3+的控制合成,通过改变反应温度实现由YF3:20%Yb3+/2%Er3+到KY3F10:20%Yb3+/2%Er3+的控制合成,并且研究了反应温度和反应物单体浓度对材料相变的作用机制。
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