论文部分内容阅读
随着材料科学的发展和实际应用的需求，集多种功能、性质于一身的多功能材料日益受到人们的青睐，成为当前研究的热点之一。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，而三维有序大孔(3DOM)材料由于其优异的结构特性在催化、分离、吸附、载体和光子晶体等领域广泛应用。本论文采用溶胶-凝胶(sol-gel)结合胶体晶体模板技术，将稀土掺杂的纳米发光材料与3DOM孔结构进行集成，发展出一类全新的多功能材料—稀土掺杂3DOM结构纳米材料，制备了ZrO2∶Er3+，Yb3+、ZrO2∶Eu3+和Y2O3∶Eu3+三种稀土掺杂3DOM结构纳米材料，对材料的结构、形貌、表面物理化学特性、发光性质和光子带隙效应进行了系统的研究，取得的主要成果如下：
采用sol-gel及PS胶体晶模板结合的方法合成了3DOM ZrO2∶Er3+(1 mol％)，Yb3+(2，4，8 mol％)上转换荧光材料，探索了产物形貌与前驱体溶胶黏度的依赖关系，表征了材料的表面形貌及微观结构。研究表明该材料具有大孔-介孔的双孔结构，即骨架为3DOM孔壁为纳米粒子构成的介孔结构；与相同掺杂浓度的非孔纳米粒子相比，3DOM材料表面吸附减少，4I11/2-4I13/2无辐射驰豫速率降低，红绿发射强度比明显减少；当Yb3+的掺杂浓度和激发功率足够高时，绿光发射存在三光子过程。
采用sol-gel及不同PS尺寸的胶体晶模板法制备了反蛋白石结构的ZrO2∶Eu3+(5 mol％)荧光材料，探测了局域环境及光子带隙效应对Eu3+光发射频率的调制作用。对比研究3DOM与破坏掉有序结构的样品，发现光子带隙对位于带隙中的Eu3+的光发射频率具有抑制作用；选择激发技术表明上述材料中Eu3+局域环境不同；局域环境及光子带隙共同导致了荧光强度及荧光寿命随波长的变化。
通过垂直沉积自组装法制备了一系列蛋白石结构的PS光子晶体，研究表明其带隙位置随PS尺寸变化的规律同理论预测结果相吻合。利用PS胶体晶体模板制备了反蛋白石结构的Y2O3∶Eu3+薄膜样品，研究表明此薄膜具有不完全光子带隙，并对位于带隙底及带隙边的Eu3+发射产生了禁阻作用，同时也导致了带隙底荧光寿命的增长。