稀土发光纳米材料的合成和表征——姬妍、敬秦媛、万勤锋、郑美勇 - 副本.ppt

稀土发光纳米材料的合成和表征 ; 稀土是一个巨大的发光材料宝库,在人类开发的各种发光材料中,稀土元素发挥着非常重要的作用。 由于稀土元素的电子构型中存在4f轨道,因此,稀土元素具有丰富的电子能级,为多种能级的跃迁创造了条件,从而获得多种发光性能。 稀土发光纳米材料是指颗粒尺寸在1~100nm的稀土的离子掺杂发光材料。 ;1、纳米材料的特性;量子尺寸效应 当粒子尺寸下降到某一值时,电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级,以及能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。 小尺寸效应 小尺寸效应是指当颗粒尺寸不断减小到一定限度时,在一定条件下会引起材料宏观物理和化学性质上的变化。 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来,人们发现一些宏观量,例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应,称为宏观的量子隧道效应。 ;与常规的发光材料相比,稀土纳米发光材料的颗粒尺度通常小于激发或发射光的波长,且对超细颗粒而言,尺寸变小,其比表面积亦显著增加,产生大的表面密度。这两方面特性都使稀土纳米发光材料产生一系列新奇的性质,主要表现在以下几个方面。 (1)谱线漂移。 (2)荧光寿命的变化 (3)红外吸收带宽化 (4)浓度猝灭 (5)使原不发光的促成发光 ;谱线漂移： 由于纳米微粒的量子尺寸效应导致纳米微粒的光谱峰值向短波方向移动的现象称为“蓝移”。相反由于表面与界面效应引起的光谱峰值向长波方向移动的现象称为“红移”。 荧光寿命的变化： 当小颗粒粒径限制了稀土离子的能量转移,交叉驰豫过程不起作用时,纳米化稀土发光材料的突光寿命会发生明显延长。相反,如果在粒子的发光过程中表面缺陷的增加发挥主要作用,那么粒子的突光寿命会明显缩短。 ;红外吸收带宽化： 纳米粒子大的比表面积导致了平均配位数下降,不饱和键和悬键增多。在红外光场的作用下它们对红外吸收的频率存在一个较宽的分布,这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。 浓度猝灭： 纳米级比微米级粒子的激活剂临界浓度高。这种现象的原因在于纳米粒子间大的界面使能量传递速率降低,进而使得传递给猝灭中心的能量减少。 使原不发光的促成发光： 对于经表面化学修饰的纳米发光粒子,其屏蔽效应减弱,电子空穴库仑作用增强,从而使激子结合能和振子强度增大。而介电效应的增加会导致纳米发光粒子表面结构发生变化,对原来禁戒跃迁变成允许,因此在室温下就可观察到较强的光致发光现象。;（1）溶胶一凝胶法 其基本原理是将金属醇盐或无机盐水解,然后使溶质聚合凝胶化,再将凝胶干燥、烧培去除有机成分,最后得到无机材料。 （2）沉淀法 沉淀法的基本原理是在包含一种或多种离子的可溶性盐溶液,加入沉淀剂(OH-、C032-等)或于一定温度下使溶液发生水解后,形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类从溶液中析出,并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去,经热分解或脱水即得到所需的产品。;（3）水热法 此法主要是在特制的反应釜(高压釜)中,采用水溶液作为反应体系,通过将反应体系加热至临界温度(或接近临界温度),在反应体系中产生高压环境从而在一定温度和压力下,使物质在溶液中进行化学反应的一种无机制备方法。 (4)燃烧法 在这个反应过程中,反应物达到放热反应的点火温度时,以某种方法点燃,随后反应放出的热继续维持反应。燃烧产物即为所需材料。; (5)微乳法 在微乳液法中,所有化学反应都在液滴内部进行。反应开始时首先形成生成物的沉淀核,随着沉淀不断长大,当粒子的大小接近液滴尺寸时,表面活性剂分子所形成的膜附着于粒子的表面,作为“保护剂”限制了沉淀的进一步生长,产物的大小和形貌也一定程度地反映了体系中液滴的大小和内部形状。 (6)微波热合成法 这种方法是将原料按比例混合后研磨,装入待定的反应器,在微波炉中加热反应20一40min，取出后进行简单的后处理即得成品。 ;(1)透射电镜(TEM) 用透射电镜(TEM)方法测定的是纳米材料的颗粒度或颗粒的立体形态分布,这是一种评估纳米体系形貌和尺寸的优良方法,具有可靠性和直观性等优点。通过一系列的典型选区的照片来直接观察的,对照片上的颗粒测量其尺度,得到颗粒度。 (2)扫描电镜(SEM) SEM即扫描电子显微镜方法,测试中,电子从样品表面掠射,得到分布于样品中的纳米粒子的投影分布。其原理为聚焦电子束(称初级束)诱导产生的二次电子被收集,流过电阻产生电压,经过放大器放大后调制同步扫描的显象管的亮度。SEM能够直接观察样品表面的结构,在观察形貌的同时,还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。 ;(3)X射线衍射(XRD) X-射线衍