发布时间 : 星期一 文章LaF3Eu3红色荧光粉的水热合成和荧光性能 - 图文更新完毕开始阅读b70c09872dc58bd63186bceb19e8b8f67c1ceff6
1绪论
1.1引言
随着科学技术的迅速发展，掺稀土发光材料因为其优异的光学性能以及特殊
的物质形态在电子、医疗、LED显示灯、探测等方面得到广泛的关注. [12] LaF3稀土发光材料具有低的声子能，晶体结构稳定制备方法重多渐变且制备产物纯度高的特征，使用掺稀土发光材料的研究在现今的科研项目中有着举足轻重的地位，并因其科研价值高、附带特殊性能的优异性，使得稀土发光材料的研究进程速率不断加大，以寻求拥有更佳发光性能的制备条件。[16-17]纳米发光材料的研究又以掺杂稀土元素尤为突出，由于稀土材料在4f电子可在不同能级之间跃迁，使其具有优良的发射光谱，又由于其比之其他发光材料有着完全不同的光谱性质，比如f-f之间的电子跃迁导致的能量发射可以较少的受到其他外界因素的影响，故稀土材料制备的发光材料具有很长的发光寿命，这个特点在LED显示方面足以见长；且其发射的光谱线呈尖锐的线性光谱、光谱纯度高，颜色明显且鲜艳因，因此在显示技术方面洗头发光材料得以足够的重视。
论文着力于国内外有关LaF3：Eu3+制备及性能研究的相关文献[13-15]，通过研究选择并制定实际可行的实验方案，选择十六甲基二甲基溴化铵作为制备样品时的分散剂，在不同的条件下制备LaF3：Eu3+红色荧光粉样品，使用XRD及TEM透射电子显微镜对其形貌晶粒尺寸，以红外光谱检验样品所含官能团及分子构型，使用荧光光度计检验其光学性能，对荧光性能及样品形貌进行表征，得出使用表面活性剂作为分散剂下最佳的制备条件，为科研及工业生产提供相关的指导。
1.2 稀土发光材料介绍
稀土发光材料具有声子能低，样品形貌稳定，发光纯度高且荧光寿命长，物理化学性质稳定等优点，正是这些优异的性能，使稀土化合物成为探寻高新技术材料的主要研究对象。现今研究的稀土发光材料稀土元素是指铜系元素(从铜到镥)加上同属niB族杭和乾,共17种元素制备的发光材料[1]。发光谱带窄，色纯度高，色彩鲜艳；光吸收能力强，转换效率高；发射波长分布区域宽；荧光寿命从
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纳秒跨越到毫秒达6个数量级；物理和化学性能稳定，耐高温，可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用。使稀土发光材料在LED成像技术、医疗卫生、光学探针等多方面得到广泛的关注。
1.2.1发光的主要形式
发光材料的发光方式有多种，包括光致发光、电致发光、化学发光、物理摩擦发光、生物发光等多种发光形式。光致发光是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，光致发光包括光照激发、能级跃迁、光的发射三个方面，如由电极激发紫外线照射在荧光粉激发可见光的日光灯是光致发光的只要形式。电致发光是有电源直接影响电极材料产生大量的热能以及可见光，是白炽灯的只要形式。化学发光是有一系列的化学变化导致物质化学形式发生变化，从而传递出热能以及光能的化学反应。摩擦发光是指某些固体受机械研磨、振动或应力时的发光现象，主要包括应变激发发光、机械力印发发光跟高频声波作用发光。 1.2.2稀土材料的发光原理
稀土发光材料的发光主要是电子在能级之间的跃迁印发的发光，比如电子轨道内的f-f的跃迁，电子在轨道间的f-d跃迁以及电荷在不同的原子间的迁徙。f-f跃迁大部分Ln3+的发射和吸收光谱是源自于内层的4f-4f跃迁,根据宇称选择规则,f-f跃迁本是属于电偶极禁戒跃迁,但在凝聚态中,由于晶体场的作用,4f组态与宇称相反的组态发生混合,使原是禁阻的f-f跃迁成为可能[13]。特点是发射光谱呈明显的线状,色纯度相对较高,色彩鲜艳;发射波长受基质影响小;发射波长范围大,寿命相对较长等特点。f-d跃迁是存在于电子轨道之间的跃迁，主要是由5d轨道中的电子随外界环境的变化而产生不同的跃迁形式形成的发射光谱，除此之外，f-d跃迁还主要受到基体以及镧系离子的影响。f-d跃迁与f-f跃迁存在着很大的差异，其对应的光谱一般为紫外区。同样，f-d跃迁发射的光谱也有如f-f跃迁优异的表征形式。电荷在不同原子之间的迁徙跃迁同样能导致迁徙能差，并发射一定波长的光波，是两种不同原子（分子）的交互作用。 1.2.3 稀土发光材料的应用
稀土功能材料的发展中，尤其以稀土发光材料格外引人注目。稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整
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个固体发光的范畴在稀土功能材料的发展中，尤其以稀土发光材料格外引人注目。稀土因其特殊的电子层结构，而具有一般元素所无法比拟的光谱性质，稀土发光几乎覆盖了整个固体发光的范畴，只要谈到发光，几乎离不开稀土。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f-5d电子组态，因此有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射，构成广泛的发光和激光材料。随着稀土分离、提纯技术的进步，以及相关技术的促进，稀土发光材料的研究和应用得到显著发展。发光是稀土化合物光、电、磁三大功能中最突出的功能，受到人们极大的关注。就世界和美国24种稀土应用领域的消费分析结果来看，稀土发光材料的产值和价格均位于前列。中国的稀土应用研究中，发光材料占主要地位。
稀土化合物的发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。具有未充满的4f壳层的稀土原子或离子，其光谱大约有30 000条可观察到的谱线，它们可以发射从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射。稀土离子丰富的能级和4f电子的跃迁特性，使稀土成为巨大的发光宝库，从中可发掘出更多新型的发光材料。
稀土发光材料的应用会给光源带来环保节能、色彩显色性能好及长寿命的作用，有利于推动照明显示领域产品的更新换代。[2]目前，我国稀土发光材料行业紧跟国际稀土发光材料研发和应用的发展潮流，与下游产业之间建立了良好的市场互动机制，成为节能照明和电子信息产业发展过程中不可或缺的基础材料。除上述领域外，稀土发光材料还被广泛应用于促进植物生长、紫外消毒、医疗保健、夜光显示和模拟自然光的全光谱光源等特种光源和器材的生产，应用领域不断得到拓展。
1.3 课题来源、研究内容和意义
课题来源于广东省高校人才引进项目（2050205）。
本文采用简单的水热法制备LaF3:Eu3+荧光纳米材料，并分析Eu3+浓度、不同pH、不同CTAB含量以及不同的温度对制备LaF3:Eu3+的影响规律并对产物进行物相以及尺寸的控制，建立制备制备和性能优化数据库，为LaF3:Eu3+红色荧光材料在光电子工业和生物技术方面的应用提供理论依据和实验数据，同时为其它无机荧光材料的水热合成提供借鉴。
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2实验及表征部分
2.1 实验仪器及实验试剂
实验所用仪器和药品见表2.1和表2.2。
表2.1实验仪器
仪器
立鹤102型电热鼓风干燥箱 DF-101S急热式磁力加热搅拌器 SHB-111循环式多用真空泵
电子分析天平
Bruker D8-advance XRD射线衍射仪
Hidachi F-2500荧光光谱仪
傅里叶红外光谱仪 SEM场发式扫描电子显微镜
产地
山东医药集团有限公司医疗器械厂
金坛市医疗仪器厂 郑州长城工贸有限公司 北京赛多利斯仪器有限公司
德国Karlsruhe公司 日本HTTACHI(日立)公司 美国珀金埃尔默仪器有限公司
Quantan F-250
表2.2 化学试剂
试剂名称
纯级
生产厂家
硝酸 氢氧化钠 氧化铕 氧化镧 无水乙醇 氟化钠 CTAB
A.R. A.R. 99.99% 99.99% A.R. A.R. A.R. 广东廉江是爱康试剂有限公司 汕头市西陇化工有限公司 天津光复精细化工研究所 天津光复精细化工研究所 汕头市西陇化工有限公司 上海化学试剂有限公司 上海化学试剂有限公司
2.2 样品的制备
用水热法合成LaF3∶Eu3+ 纳米颗粒的制备过程为：分别量取5ml的1mol/L硝酸镧溶液、5ml的0.05mol/L硝酸铕溶液、2ml的5mol/L 硝酸钠溶液5ml无水乙醇和0.2g CTAB于250ml的烧杯中搅拌，待CTAB完全溶解后。加入稍大于15mmol 的氟化钠，继续搅拌40min。用4mol/L氢氧化钠，调节pH为7，再搅拌10min，转入到30ml反应釜中，控制溶液体积约为反应釜体积的80﹪（即
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