基于界面自组装法制备一维稀土纳米薄膜及其性能

随着信息技术的飞跃发展，人们对高清晰、低成本显示器件的需求越来越迫切，急需开发新型发光薄膜并简化其制备工艺。界面自组装技术制备纳米薄膜是近几年新出现的化学自组装方法，依靠改变纳米材料的表面能使其在"液－液界面"处发生自组装成为致密的单层薄膜。本项目拟将多元稀土元素掺杂的纳米管，通过界面自组装的工艺制备稀土纳米管透明薄膜，研究该薄膜的光致发光和电致发光性能，并将其中的稀土离子掺杂ZnS纳米薄膜组装成纳米电致发光器件。本项目不仅为简化发光薄膜的制备工艺、降低其成本建立一条新的途径，而且认识稀土纳米材料的"组成－结构－性能"之间的相关性及其调控规律，揭示稀土纳米材料的结构与形貌对发光性能的影响和相关物理化学机制，为进一步提高稀土薄膜的发光性能提供理论依据。

界面自组装技术制备纳米薄膜是近几年新出现的化学自组装方法，依靠改变纳米材料的表面能使其在“液－液界面”处发生自组装成为单层纳米薄膜。前期工作中，可将将层状稀土氢氧化物Eu0.05Gd0.95(OH)2.5Cl0.5•0.9H2O 纳米片状晶体组装成单层纳米薄膜，随后通过加热拓扑转变得到了Gd2O3:0.05Eu3+片状晶体透明薄膜并具有Eu3+光致发光性能。然而，由于片状晶体在平面内的取向无法得到控制，相邻的片状晶体之间为“点接触”并存在大量的空隙，限制了其实际应用，因此该薄膜的致密度有待进一步提高。基于以上背景，本课题采用一维稀土纳米材料作为自组装的基元，通过界面自组装的工艺制备一维稀土纳米棒透明薄膜，利用一维稀土纳米材料之间的线接触方式，显著提高了稀土薄膜的致密度和平整性，使之具有优异的光致发光性能。再此基础上，利用界面自组装工艺制备了双层Gd2O3:0.05Eu3+/ Gd2O3:0.05Tb3+发光薄膜，显示出Eu3+和Tb3+两种发光特性，实现了通过薄膜的成分对其发光性能的可调控。此外，针对在油相中单分散的NaYF4:Yb, Er上转换纳米晶体，在“液－液界面”上自组装得到了高度致密和均匀的上转换NaYF4:Yb, Er发光薄膜，验证了分散在油相当中的纳米结构发生自组装的可能性，并且建立数学模型，详细研究了该纳米晶体在界面自组装的热力学原理。该自组装方法简便易行，成本低而且效率高，在功能薄膜制造方面有着十分广阔的前景和实用价值。该方法得到的稀土纳米棒薄膜具有高度的致密性（>95%）和纳米尺度的平整性，透明并且和衬底具有很强的附着力，发光强度高并且发光颜色可控，因此在显示器件和光学元器件领域具有良好的应用前景。.此外，作为本课题的另外一个重要突破，首次将该自组装方法用于纳米光探测器的制造，初步探索了该方法用于器件制造的可能性。在油水界面上分别自组装NiCo2O4纳米片状晶体、ZnO纳米微球和ZnS/ZnO纳米微球，并将其转移到Si/SiO2衬底上，随后在这类功能薄膜上构筑了光电器件，获得了优异的光探测性能。从而开辟了一条新型低成本的纳米光电器件的制造工艺。