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稀土掺杂的纳米发光材料,在高分分辨显示、荧光标记、生物成像、疾病的诊断和治疗等方面有潜在的应用,引起人们的广泛关注。对纳米材料进行表面修饰,外延生长一层同质或异质的材料,制备复合纳米发光材料,可以剪裁材料的发光性能。本论文以Eu3+激活的复合纳米材料为研究对象。用水热法制备了纳米级的YBO3:Eu3+,Y(OH)3:Eu3+,YVO4:Eu3+;用基于二次水热的化学侵蚀的方法制备了YBO3:Eu3+/YVO4:Eu3+、Y(OH)3:Eu3+/YVO4:Eu3+、Y2O3:Eu3+/YVO4:Eu3+复合纳米材料。用各种光谱手段系统地研究了材料的结构、形貌和发光性质。取得的主要结果有:
用水热法在不同的温度下制备了具有不同纳米单元(纳米片、纳米线和纳米带)的YBO3:Eu3+纳米结构;稀土离子至少占据两种对称性格位,表面和内部各位。表面趋于混乱,格位对称性降低,光谱展宽,选律的放松使5D0-7F2跃迁发射较强,色纯度提高,5D0能级寿命缩短,辐射电子跃迁速率显著增大。
用化学侵蚀法首次制备了YBO3:Eu3+/10%mol YVO4:Eu3+复合纳米材料。UV和VUV激发下,实现了从YBO3:Eu3+到YVO4:Eu3+的能量传递,即O2--Eu3+电荷转移或BO33-(YBO3)→VO43-→Eu3+(YVO4),显著改善了YBO3:Eu3+材料的色纯度,高温退火后,传能过程依然存在,但光发射强度显著提高,可与YBO3:Eu3+体材料相比拟。用选择激发技术确定了侵蚀界面及复杂的局域环境。
用化学侵蚀方法,制备了Y(OH)3:Eu3+/YVO4:Eu3+线状复合纳米材料。其中YVO4:Eu3+结晶质量较高,增强了VO43-向Eu3+的能量传递,发光强度是一步水热得到YVO4:Eu3+纳米颗粒的~3倍,500℃退火后(Y2O3:Eu3+/YVO4:Eu3+),发光强度进一步增加,接近体材料。外层YVO4高效的紫外吸收屏蔽了Y2O3:Eu3+/YVO4:Eu3+复合纳米材料内部的Y2O3:Eu3+相,紫外激发下不能产生发射。用格位选择激发技术确定了侵蚀界面的存在,界而处局域环境趋于复杂。
另外,系统研究了固相反应法制备的体相YV1-xPxO4:Eu3+系列化合物的结构和光学性质。结果表明复合体系中PO43-和VO43-基团随机分布,局域结构混乱,至少存在三种对称性格位。另外材料中O2-的极化率和折射率的随成分而系统变化,这使5D0-7F2与5D0-7F1跃迁的荧光分支比和5D0能级的电子跃迁速率等性质系统地变化。