稀土掺杂的纳米材料随尺寸减小新颖的发光增强现象研究

由于材料在减小到纳米尺度时出现的一些特殊的光学性质，使得稀土激活的纳米材料为实现高分辨显示器提供了可能。但随着纳米材料的研究不断深入，由于纳米效应的存在所出现的许多弱点，发光效率不高，荧光寿命变短等，使纳米材料的应用受到一定限制。因此，提高稀土掺杂的纳米材料的发光性能是需要有待进一步研究解决的关键问题。本项目以稀土掺杂的纳米磷酸盐、氧化物和氟化物为研究对象，进一步深入研究我们近期在纳米材料的研究中所观察到的一些反常现象，如在稀土掺杂的稀土磷酸盐中10nm和50nm粒径的样品相比，结果显示发光明显增强，荧光寿命变长的现象，量子效率明显提高，这种现象与多数报道的稀土纳米发光材料结果明显不同。此项目的深入研究对完善和优化稀土纳米材料制备技术，和稀土纳米材料光学性能与粒径变化之间的关系具有潜在的实际应用意义。

当稀土掺杂的纳米发光材料的颗粒的尺寸减小到 10nm时，其物理和化学性质能够发生变化,与较大尺寸或体材料相比能出现许多新奇的光学性质。一般情况下大量的表面态的存在，通常起到无辐射弛豫通道的作用，使得材料的荧光寿命变短和发光效率低于较大尺寸或体材料。我们的项目是针对稀土掺杂的纳米发光材料，研究了伴随颗粒减小而发光增强的新颖现象。我们已经按计划完成了项目的研究工作并得到了一些有意义的结果。.我们主要以稀土掺杂的磷酸盐（GdPO4:Eu3+，LuPO4:Eu3+,LaPO4:Eu3+，CePO4:Eu3+，YPO4:Eu3+）作为研究对象，探讨了粒径的变化和发光性能的依赖关系。探讨了提高稀土掺杂纳米发光材料量子效率的可能的有效途径. 其中在碱性和酸性条件下制备了GdPO4:Eu3+样品，粒径尺寸分别为10nm和50-80nm; LuPO4:Eu3+为5nm和10nm，并且小尺寸样品的发光强度比大尺寸更强。我们利用激光选择激发的方法，以Eu3+为荧光探针，探测了纳米材料中Eu3+周围的局域环境，研究了稀土磷酸盐纳米材料随尺寸减小，发光增强和谱线宽化的原因。在碱性和酸性条件下合成的GdPO4:Eu3+样品在相同的制备温度下退火，小尺寸的样品随着制备温度提高，量子效率始终明显高于大尺寸的。在某一个确定的制备温度下，小尺寸样品的粒径尺寸约为25nm，似球形形貌，荧光寿命5.49ms，荧光量子效率61.8%。.我们研究了这些新颖的发光现象，给出了合理的解释，我们确定了最佳的制备条件，主要是在碱性环境下改变了粒子的尺寸和形貌，通过加入合适的Na+或Li+或K+起到了电荷补偿作用，阻碍了无辐射驰豫通道，在合适的制备温度下，使得小尺寸与大尺寸材料相比，有更高的量子效率。.此项目的结果表明了稀土掺杂的磷酸盐纳米材料,在发光显示和生物标记领域具有潜在的应用价值。另外，我们研究了β-NaGdF4:Yb3+/Tm3+ 和β-NaGdF4:Yb3+/Ho3+亚微米样品，La3PO7:Eu3+,LuF3:Yb3+,纳米晶Er3+,Pr3+和Yb3+共掺的β-NaGdF4等纳米晶的光学性质，取得了很好的结果。