高压下不同微结构的Eu:Ti纳米材料的光学性能与结构的研究

采用溶胶凝胶和水热等化学方法合成不同微结构的Eu:Ti（Eu与Ti元素的摩尔比小于1%）纳米材料（即稀土铕离子掺杂的TiO2纳米颗粒、A2Ti6O13型的纳米管和棒、其中A为Na或H元素，简称Eu:Ti纳米材料）。采取金刚石对顶砧加压方式，研究不同微结构的Eu:Ti纳米材料在高压下的光学性能（荧光、荧光寿命、X射线衍射等），并利用铕离子可充当荧光探针的作用来研究其所处周围环境的变化情况。分析高压下所测的光谱数据，根据选择定则，晶体场理论计算高压下稀土离子的晶体场参数，从而间接表征纳米材料（特别是一维纳米材料）在各个压力下结构和形态的变化，探索高压下的一些可能出现的新物相和亚稳态。与此同时还采用基于密度泛函理论的第一性原理进行理论模拟计算，并结合高压下光谱实验数据，深入理解高压下的各种实验现象，特别是增强对高压下一维金属化合物纳米材料更深入了解，并与碳纳米管的高压效应相比较。

高压对物质的基本作用在于它缩短了原子间距离，导致晶格常数的改变和晶胞内原子位置的重新排列，引发结构相变以及光学性质的变化。因此，高压下物质的物理性质和化学性质是很丰富。在本项目中，采用溶胶一凝胶和水热法合成了不同微结构Eu3+掺杂Ti纳米样品。扫描电镜像表明，随着Eu3+掺杂含量的增加，纳米颗粒的尺寸逐渐减小。研究了温度( 包括退火温度, 测试温度) 变化对Eu3+掺杂TiO2 纳米颗粒的结构和光学性能的影响。结果表明: 随着退火温度的升高, 纳米颗粒的尺寸变大, Eu3+发光增强; 而且当退火温度升到973 K时, 纳米颗粒的形状由球状变成方形,并伴随发生相变。采取金刚石对顶砧加压方式，研究不同微结构的Eu:Ti纳米材料(纳米晶，纳米棒，纳米管)在高压下的光学性能。.研究高压下Eu:Ti纳米晶发现：随着压强的增大，Eu3+发光峰的峰位发生了轻微的红移。通过拉曼光谱发现了样品在10-14.2 GPa时发生由金红石相向斜郜石相结构转变。与此同时，Eu3+所占据的格位对称性由CnV, Cn和Cs转变成C2h；研究高压下Eu:Ti纳米棒发现：在压强增大的过程中，Eu3+所占据的格位对称性提高。在1.39和15.48GPa发现两个结构相转变，分别对应的是晶体结构扭曲相变以及生成了高密度无定型相。这说明在高压下，Eu3+掺杂的Na2Ti6O13纳米棒短程有序，而长程却无序。.采用化学处理的方法合成了Eu:Ti纳米管，研究了合成条件、温度和压强对纳米管光学性能的影响。通过测试纳米管在高压下的荧光光谱发现，Eu3+峰强比I2 (5D0→7F2)/I1(5Do→7F1)在4.67-7.67 GPa压强段时保持不变，这与高压下纳米晶,棒的结果不同，但与高压下碳纳米管的理论计算结果相类似。