形态可控的镧系稀土氧化物纳米荧光体的合成与光学特性研究

本课题以简单的液相法合成形貌可控的镧系稀土氧化物一维纳米材料为目的，在制备的过程中采用各种化学手段对产物形貌、晶体结构、化学组成、维度等进行调控，力图以简单的方法实现对其性能的人工剪裁，在此基础上再对形成机制和掺杂材料的光学性质进行研究，为调控方法的形成机制和将来的应用打下良好的基础。主要内容包括：1）通过对液相体系化学势的有效调控，合成具有不同的形貌、维度和尺寸的稀土氧化物荧光材料；2）基于稀土氢氧化物各向异性的六方系相晶体结构，探讨了在纳米尺度下结构和动力学因素对晶体各向异性生长趋势和形貌演变的机理；3）系统研究纳米稀土掺杂体系中新颖的光学现象,在更微观的尺度上揭示荧光体的电子跃迁机制和发光机理。本项目的研究内容涉及到材料学、化学、晶体学、发光学和纳米科学与技术等领域，是一个多学科交叉的前沿课题，对发现新的研究方向、开发新型材料具有重要的理论和实际意义。

本课题以简单的液相法合成形貌可控的镧系稀土氧化物一维纳米材料为目的，在制备的过程中采用各种化学手段对产物形貌、晶体结构、化学组成、维度等进行调控，力图以简单的方法实现对其性能的人工剪裁，在此基础上再对形成机制和掺杂材料的光学性质进行研究，为调控方法的形成机制和将来的应用打下良好的基础。主要内容包括在不同的反应条件下以无模板、溶剂热合成一系列不同形貌的稀土磷酸盐和氧化物材料，并以此为基质进行不同浓度的Eu离子掺杂，进而研究它们的光学性能。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM），透射电子显微镜（TEM）、红外（IR）等分析检测手段对所得样品进行了相组成，微观形貌和结构的表征；用荧光-分光光度计（PL）测试样品的光学性能。得到主要结论如下:.（1）采用水体系为溶剂，不同磷的来源制备得到不同形貌的磷酸镧，对其进行表征得知，两种形貌的磷酸盐在经过煅烧之后都发生了晶型的变化，均有亚稳态的六方晶系转变成稳定的单斜的独居石结构，但样品的形貌在煅烧前后大体一致。荧光测试结果表明，掺杂一定浓度的Eu使得样品的光学性能显著的提高。相比而言微纳米球状样品具有更强的发光性能。（2）以YCl3和CH3COONa或NaOH为原料，通过溶剂热合成法合成不同形貌的微纳米Y2O3。实验结果表明，在180℃温度下反应20h可以得到结晶完善的立方相氧化钇。其中乙二醇在反应中不仅充当溶剂，而且还作为反应的矿化剂，有利于球状形貌的形成。若溶剂为水时，形成片状结构；当采用NaOH为沉淀剂时，形成细长的管状。样品发光性能实验显示：球状形貌的样品的发光性能远远高于管状的和片状的。（3）采用溶剂热合成法以Gd(NO3)3和NaOH为原料合成立方相氧化钆，适当调整溶剂H2O/EG的比例可以得到细长纳米棒状，短柱状,圆形颗粒等形貌的Gd2O3粉体。发光性能评价的结果显示：Eu的最佳掺杂量3%时纳米棒状的发射强度最强，而短柱状的和圆形颗粒的则在7%时最强。对这三种形貌的发光性能进行比较后得到圆形颗粒的荧光性能是最好的。