论文部分内容阅读
稀土发光材料具有谱带窄，色纯度高，吸收和转换效率高，荧光寿命范围宽和物理化学性能稳定等特点，已被广泛地应用于信息、照明、显示、显像、医学放射学图像、辐射场的探测和记录等领域，形成了很大的工业生产和消费市场规模，并向着新兴领域拓展。然而对于新型的稀土荧光基质材料的探索以及荧光材料的化学组成、形貌、颗粒尺寸和发光性能的调控都逐渐成为无机发光材料研究的关键科学问题。
在本博士论文中，以镧系离子(Ln3+）掺杂的稀土(RE)含氟化合物(β-NaYF4、NaxY(OH)yF3+x-y、Y(OH)1.1F1.9和Y5O4F7)为研究体系，其中，前三个研究对象为六方同构的化合物，可控的阴离子组分和Na+离子含量形成了不同的体系。同时，通过简单的热处理，实现了从Y(OH)1.1F1.9体系到Y5O4F7体系的转变。采取多种方法实现了对材料的化学组成、形貌和颗粒尺寸的调控，并通过调节这些因素实现了对材料发光性能的调控，探索了这些体系在作为基础发光研究对象或潜在的荧光材料中的应用。
水热制备的β-NaYF4∶Yb3+/Tm3+样品的形貌、颗粒尺寸和晶胞大小都随着溶液pH值的降低能够被有效地调控。更为重要的是，β-NaYF4∶Yb3+/Tm3+样品的近红外上转换发光性能也随之被提高。当溶液pH值为3时，β-NaYF4∶Yb3+/Tm3+样品的近红外上转换发射强度最强。近红外上转换发射(803nm)的强度是其它发射强度之和的150倍，具有非常好的单色性。样品的形貌、颗粒尺寸、晶胞大小以及近红外上转换发光性能随溶液pH值的变化而被调控的机理都被系统地研究。
当OH-取代F-时，可以实现从β-NaYF4体系到NaxY(OH)yF3+x-y体系的转变。水热反应中，初始溶液pH值对产物的化学组成、形貌、颗粒尺寸以及发光性质有着决定性的作用。体系中Na+和F-含量都随着溶液pH值的增大而逐渐减低，而OH-含量的变化趋势则相反。随着溶液pH值的增大，颗粒的尺寸从微米尺度变成了纳米尺度，对应的形貌从六方柱变成约10nm圆形颗粒组成的椭球体，接着变成由直径为10-20nm的纳米线阵列组成的椭球体或纺锤体。产物形貌变化的机理归因于强碱性溶液的腐蚀作用和晶胞大小的变化。NaxY(OH)yF3+x-y∶Eu3+样品在紫外可见区域的最强吸收位于393nm。同时，NaxY(OH)yF3+x-y∶Tb3+样品的最强吸收位于192nm，二者的发射强度都随着溶液pH值的增大而逐渐减低，实现了对材料发光性质的调控。
低温水热反应实现了新型针状Y(OH)1.1F1.9∶Tb3+样品的制备。样品的相结构、化学组成和形貌被系统地表征和研究。针状样品的核壳结构的形成机理归因于纳米颗粒的自组装效应。Y(OH)1.1F1.9∶Tb3+样品最强的吸收位于以191nm为中心的真空紫外区域，对应于Tb3+自旋允许的5d→4f的能级跃迁，证实了这类体系是一种在真空紫外光激发下发光性能优异的荧光基质材料。
提出了一种新型、简单且环保的热处理方法去制备针状的正交Y4O5F7∶Ln3+(Ln=Eu，Tb，Gd)化合物。样品的相结构、化学组成和形貌被系统地表征和研究。通过不同温度的热处理，弯曲薄片上定向排列的纳米颗粒的形貌和微米棒的胶束结构都能够分别形成。在紫外光激发下，对于Eu3+和Tb3+掺杂的体系，可以分别看到非常亮的红色发光(613nm)和绿色发光(543nm)。而在Gd3+掺杂的体系中，强的发射位于紫外区域(313nm)，这些优异的发光性都说明了正交相Y5O4F7化合物是一种潜在的荧光基质材料。