稀土掺杂纳米发光材料的研究进展
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稀土上转换发光材料研究进展作者:张晓君来源:《科技资讯》 2011年第27期张晓君(东北电力大学化学工程学院吉林省吉林市 132012)摘要:本文简要介绍了稀土上转换发光材料的研究进展,并对其作为生物分子荧光标记探针的应用进行了探讨。
关键词:上转换材料稀土研究进展中图分类号:O482 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(c)-0052-01稀土上转换发光材料是指材料吸收能量较低的光子时却能够发出较高能量的光子的材料,或者也可以说是受到某种光激发时,材料可以发射比激发光波长短的荧光材料。
由此可知,上转换发光的本质是一种反Stokes发光。
一般来说,稀土离子上转换发光所用介质是晶体或玻璃态物质,通过激发态吸收或者各种能量的传递过程,稀土离子被激发至高于泵浦光子能量的能级,向下跃迁而发射上转换荧光。
早在1959年,就已经出现了利用960nm的红外光激发多晶ZnS,观察到了525nm绿色发光的报道。
但由于早期最好的上转换材料的发光效率还不超过1‰,并且由于发光二极管的发射峰与上转换材料的激发峰匹配的不是特别理想,因此并没有达到实用化的水平。
1962年,上转换发光现象又在硒化物中得到了进一步的证实,红外辐射转换成可见光的效率达到了相当高的水平。
1966年,Auzel在研究钨酸镱钠玻璃时意外发现,当基质材料中掺入Yb3+离子时,Er3+、Ho3+和Tm3+离子在红外光激发时,可见发光几乎提高了两个数量级,由此正式提出了“上转换发光”的观点。
在此后的十几年内,上转换材料就发展成为了一种把红外光转变为可见光的有效材料,并且达到了实用的水平。
例如,上转换材料与发红外光的Si-GaAs发光二极管(LED)配合,能够得到绿光,其效率可以与GaP发光二极管媲美,这可以说是很大的突破。
它还可以用于各类半导体激光器的红外检测、红外发光二极管发射光跟踪、YAG等大型激光器的校对等。
20世纪90年代初,利用上转换材料实现激光输出获得了令人振奋的成果:不仅在低温下(液氮温度),于光纤中实现了激光运转,而且在室温下,在氟化物晶体中也成功地获得了激光运转,光-光转换效率超过了1%,高达1.4%,从而使红外激发上转换材料在显示、光计算和信息处理等领域显示了广泛的实用前景。
稀土元素在发光材料中的应用及其发光性能研究1.引言发光材料是一类在外界激发下能够发出可见光的材料,其在照明、显示、激光、生物医学等领域具有广泛的应用。
稀土元素作为一类特殊的元素,在发光材料中扮演着重要的角色。
本文将探讨稀土元素在发光材料中的应用及其发光性能研究。
2.稀土元素在发光材料中的应用稀土元素具有较高的原子序数和复杂的能级结构,使其在发光材料中具有独特的发光性能。
稀土元素常被用于制备荧光粉、磷光体、荧光玻璃等发光材料。
以镝、钬、铒、钆等为代表的稀土元素在不同的发光材料中展现出不同的发光行为,例如镝离子表现出红色荧光、钬离子表现出蓝色荧光等。
通过调控稀土元素的掺杂浓度、晶体结构等因素,可以实现针对性地调节发光颜色和发光强度,满足不同应用领域的需求。
3.稀土元素发光性能研究稀土元素发光性能的研究是深入了解其在发光材料中的作用机制和性能表现的关键。
研究表明,稀土元素的发光性能受多种因素影响,包括晶体结构、掺杂浓度、激发光源等。
例如,通过增加稀土元素的掺杂浓度,可以提高发光材料的发光效率和色纯度;通过选择合适的晶体结构,可以改善发光材料的光学性能;通过设计合适的激发光源,可以实现更高强度的发光效果。
此外,稀土元素的能级结构和跃迁规律也对发光性能起着决定性的作用,深入研究这些规律对于提升发光材料性能具有重要意义。
4.稀土元素的应用案例稀土元素在发光材料中的应用案例丰富多样,涉及照明、显示、激光等多个领域。
以镝为例,其在LED照明中的应用已经成为主流。
镝离子作为红色荧光发射剂,可以实现LED的白光变色效果,提高照明品质;钆和铒等稀土元素在激光器件中的应用也取得了显著的效果,为激光技术的发展提供了关键支持。
随着稀土元素在发光材料中的研究不断深入,其应用领域将进一步拓展,为科技发展和产业升级注入新动力。
5.结论稀土元素在发光材料中的应用及其发光性能研究具有重要意义,对于推动发光材料技术的发展具有深远影响。
第22卷第3期2008年6月 白城师范学院学报Journal of Ba i cheng Nor m al College Vo l .22,No .3June,2008 稀土铕掺杂纳米发光薄膜的制备及性质研究曹铁平,李跃军(白城师范学院化学系,吉林白城137000) 摘要:利用溶胶-凝胶法合成了稀土离子Eu 3+掺杂的氧磷灰石稀土硅酸盐C a 2Y 8(Si O 4)6O 2/Eu 3+发光薄膜,研究表明,稀土离子Eu 3+在Ca 2Y 8(Si O 4)6O 2基质中占据低对称性格位6h (C s ),并以其特征的红光发射(5D 0-7F 2)为主。
关键词:稀土离子;掺杂;薄膜;发光中图分类号:O614.1文献标识码:A文章编号:167323118(2008)0320018204收稿日期:2007-11-23作者简介曹铁平(6———),女,白城师范学院化学系副教授,硕士研究生,从事纳米材料研究;李跃军(6———),男,白城师范学院化学系副教授。
1 引言氧磷灰石稀土硅酸盐是一种非常著名的基质,掺杂稀土离子铕可以制备出优良的红光材料,作为一种红色发光粉用于彩色电视、阴极射线管以及高压汞灯中已经有很长的历史。
当用紫外光激发时其光致发光效率可以高达70%[1]。
一般说来,氧磷灰石稀土硅酸盐块材料发光粉是用固相法[2,3]制备的,而纳米颗粒可以用共沉淀法和水热法等来制备[4,5]。
我们利用Pechini 溶胶-凝胶法,以无机物为主要原料,制备了纳米发光薄膜,并对稀土离子Eu 3+在薄膜中的发光性质做了探讨。
2 实验部分将稀土氧化物按实验所需用量用HNO 3加热溶解,保持pH 值在2-3之间,冷却至室温后,加入一定量的乙醇和所需体积正硅酸乙酯,搅拌成均相,用自制的镀膜机以浸渍提拉法镀膜。
将膜在120℃干燥5小时,然后放于程序升温炉中以60℃/h 的升温速度升温至500℃保留2小时,预烧过的薄膜(Ca 2Y 7.2Eu 0.8(Si O 4)6O 2)以100℃/h 的升温速度烧结至所需温度(700℃-1100℃)并保留2小时。
磷灰石结构稀土发光材料研究进展马欣旭;周威;王心蕊【摘要】The rare earth luminescent materials with apatite structure were chose as the research object and the development of domestic and foreign apatite materials in recent years were introduced. The advantages of apatite in structure,physical and chemical properties were explained. The different types of apatite were cited. The luminescence characteristics of apatite doped with rare earth ions were analyzed. The commonly used preparation methods and applications were summarized. The deficiency of apatite structure of rare earth luminescent materials was pointed out,and the future development trend and application prospect were discussed.%以磷灰石结构稀土发光材料作为研究对象,介绍了近年来国内外该种材料的研究情况,说明了磷灰石结构稀土发光材料在结构、理化性能上的优势,列举了不同种类的磷灰石基质,分析了磷灰石结构无机盐掺杂不同稀土离子的发光特点,总结了常用的制备方法及应用情况,指出了磷灰石结构稀土发光材料的不足,并对未来发展趋势和应用前景进行了展望.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】4页(P12-14,20)【关键词】磷灰石;合成方法;发光特性【作者】马欣旭;周威;王心蕊【作者单位】北京工商大学理学院化学系,北京 100048;北京工商大学理学院化学系,北京 100048;北京工商大学理学院化学系,北京 100048【正文语种】中文【中图分类】TQ17稀土发光材料由基质和激活剂组成,基质一般为无机盐类,激活剂为稀土元素,有时为了提高发光效率会加入稀土离子作为敏化剂,形成稀土离子间的能量传递。
稀土材料在纳米科技中的应用与发展前景引言纳米科技是近年来备受关注的领域,其应用范围广泛,包括材料科学、电子工程、医学等等。
稀土材料作为一类特殊的材料,在纳米科技领域中发挥着重要的作用。
本文将介绍稀土材料在纳米科技中的应用,分析其发展前景。
稀土材料概述稀土材料是指具有特殊的电子结构和特殊的物理、化学性质的一类元素。
稀土元素包括轻稀土元素(La~Gd)和重稀土元素(Tb~Lu)。
稀土材料具有独特的光学、磁学和电学性质,广泛应用于光电子、磁性材料、催化剂、生物医学等领域。
稀土材料在纳米科技中的应用光电子领域稀土材料在光电子领域中有广泛的应用。
稀土材料中的稀土离子在受激辐射的作用下发出特定波长的光,因此可以用于制备发光材料。
例如,稀土材料中的铒离子可以发出可见光,用于制备发光二极管和荧光材料。
此外,稀土材料还可以用于制备太阳能电池和光传感器等光电器件。
磁性材料领域稀土材料中的稀土离子具有强磁性,因此在磁性材料领域有广泛的应用。
稀土磁体可以制备高性能的永磁材料,用于制造电机、传感器和磁存储器等设备。
稀土材料还可以制备高温超导材料,具有重要的科学研究和应用价值。
催化剂领域稀土材料在催化剂领域中也有重要的应用。
稀土氧化物具有较高的氧化还原能力,可以用于催化气体的氧化和还原反应。
稀土催化剂广泛应用于汽车尾气处理、化工合成反应和环境污染治理等领域。
生物医学领域稀土材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景。
稀土材料可以制备荧光探针,用于生物成像和荧光标记。
稀土材料还可以制备生物标记物,用于分析生物分子和诊断疾病。
此外,稀土材料在药物传输、肿瘤治疗和放射治疗等方面也有潜在的应用。
稀土材料在纳米科技中的发展前景稀土材料在纳米科技中的应用前景广阔。
随着纳米科技和材料科学的快速发展,稀土材料的应用也将不断拓展。
首先,稀土材料在纳米材料的制备和加工中将起到重要的作用。
稀土材料具有独特的物理和化学性质,在制备纳米材料时可以调控其形貌、表面性质和结构等特征,从而实现对纳米材料性能的调控。
文献综述课题名称:掺杂的稀土发光材料的研究课题类型:工程设计姓名:学号:学院:专业:年级:级指导教师:2011年12月30日掺杂的稀土发光材料的研究中文摘要简述掺杂稀土发光材料的发展进程及趋势,掺杂稀土三基色发光荧光粉的发现及对其组成、技术现状、还需重大突破的问题和技术研究发展方向。对阴极射线管荧光粉的兴起和衰落作了简单描述,阐述了稀土与有机和无机化合物掺杂形成发光材料的制作工艺,分析稀土掺杂浓度与稀土发光强弱的的关系。重点介绍氟化物转换发光材料方面的研究,如用水热法合成不同掺杂浓度Er3+ 、Tm3+ 和Yb3+ 的YLiF4 材料并研究Er3+ 、Tm3+ 和Yb3+ 在材料中的光吸收,同时在980 nm 红外光激发下样品的上转换发光特性。利用正己醇或正己烷制成W/O微乳反胶团体系制备Gd2o3:Yb,Er上转换材料,在980nm 的红外光激发下,改变掺杂元素Yb和Er的比例,观察发现氧化物粉体发射出绿色和红色比例的上转换荧光,并分析其发生的原因。而后对掺杂稀土发光材料国内外研究成果进行综述,简述了它几个研究应用方向,还需突破的问题。关键词:掺杂的稀土发光材料稀土荧光粉三基色荧光粉 Er3+ Yb 3+ 转换发光材料氟化物THE RESERCH OF RARE EARTH LUMINESCENTMATERILSAbstractAn understanding of the history and development of a technology can be a tremendous aid in properly utilizing it for a given application. a brief history and overview is given for the rare earth luminescent materials tell the rare earth luminescent material research present situation,the rare earth luminescent material research progress,the rare earth luminescent material application,the rare earth luminescent material future forecasts several aspects to carry on the summary to the rare earth luminescent matenal.the rare earth luminescent material widely applies in the illumination,demonstration and examines three big domains,has formed the very big industrial production and the expense market scale,and forward emerging domain development.Key words: the rare earth luminescent material present situation apply future forecasts一、课题国内外现状自从1964年美国发明高效YVO4∶Eu和Y2O3∶Eu红色荧光粉和1968年Y2O2S∶Eu红色荧光粉[1,2],并很快应用于彩色电视显象管(CRT)中,对稀土离子发光及其发光材料基础研究和应用发展发生划时代的转折点。
稀土掺杂的纳米发光材料的制备和发光
稀土掺杂的纳米发光材料是一种现代科技产品,它具有良好的发光性能,广泛应用于生物医学、光电器件、环保和安全等领域。
稀土掺杂的纳米发光材料的制备主要依赖于稀土掺杂剂的合成。
目前,主要有三种合成方法:即湿法合成、固体相反应法和气相反应法。
湿法合成也称水热法,是利用溶液中的溶解度和表面张力,将原料以金属氰酸盐形式溶解于湿态溶液中,利用溶液内部的形成、析出、增溶等物理化学原理使稀土掺杂剂形成,并使稀土掺杂剂在低温下成膜形成,最终获得不同粒度的稀土掺杂剂。
固体相反应法,即利用原料在固体中形成、析出、增溶等物理化学变化,使稀土掺杂剂形成,并在低温下使稀土掺杂剂成膜。
通常,高温烧结是实现固体反应的方法,可以获得较大粒度的稀土掺杂剂。
气相反应法,也称气体反应法,所采用的原料是固体、液体或气体,以及熔解在溶剂中。
在反应温度和压力适当的情况下,稀土掺杂剂在气相中形成,可以获得高粒度的稀土掺杂剂。
稀土掺杂的纳米发光材料的发光特性可以归结于量子级的跃迁发射原理,按照稀土3d 5d 4f能隙发光机制,稀土掺杂的纳米发光材料可以发射出蓝色、绿色、黄色和紫色等多种颜色的光,可以根据不同应用需求,采用多种不同的掺杂方法生产出不同的产品,如采用稀土元素可以扩散紫外线发光,以及采用非稀土元素可以发射出白光等。
稀土掺杂的纳米发光材料可以实现更高效的发光,并且发光同时具有良好的耐久性和稳定性,有助于其在微电子技术领域的广泛应用。
广西师范大学硕士学位论文水热法合成无机半导体纳米材料及其掺杂稀土发光纳米材料姓名:陶萍芳申请学位级别:硕士专业:无机化学指导教师:方岳平20080501陶萍芳广西师范大学硕士学位论文 2008水热法合成无机半导体纳米材料及其稀土发光纳米材料2005级无机化学纳米材料方向研究生:陶萍芳导师:方岳平中文摘要水热溶剂热制备技术是一种设备简单、操作容易的常用制备手段。
该法的主要优势在于多数材料能够在临近临界点的加热加压系统下,在一种适宜的溶剂中溶解。
自Heath及其合作者开拓了利用溶剂热法制备半导体纳米线的新方法之后,这种方法就被广泛的用于一维和空心纳米结构材料的合成与研究工作。
因此,我们选择水热法作为我们的制备手段。
本论文研究的主要目在于通过简单的水热法,探索合成不同的无机半导体纳米材料和稀土发光材料,通过对反应产物的各种测试表征结果进行分析,结合一些常见的生长机制,提出合理的模型来解释合成的纳米材料的生长机制;同时,对合成的纳米材料进行了性能测试,以期待制备的材料具有特别的物理性质。
论文的主要内容介绍如下:第一章简单介绍了纳米材料及其发展过程,叙述了纳米材料的性质、制备方法、表征手段以及稀土发光材料的研究进展。
对纳米材料的合成现状进行了概述,重点介绍了水热法在纳米材料的合成中的应用。
第二章简单介绍了通过无模板和表面活性剂技术,用水热法成功的制备了碲化银纳米管。
制备的样品用X-射线粉末衍射(XRD),场发射扫描电镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X-射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱表征。
探讨了碲化银晶型转变。
并基于低温β-碲化银内在的晶体结构提出了卷曲机理来解释碲化银纳米管的形成过程。
拉曼光谱分析表明,样品显示出有趣的拉曼散射增强现象。
第三章主要是采用简单的溶液-液相-固相(SLS)方法,一步合成了围绕金属Sn核垂直生长出一层In(OH)3纳米棒的蒲公英状核壳微球(Sn@[In(OH)3纳米棒])。
稀土掺杂光电材料的发光特性嘿,你知道吗?在神奇的材料世界里,有一种叫做稀土掺杂光电材料的家伙,它们的发光特性可太有趣啦!先来说说啥是稀土掺杂光电材料。
简单来讲,就是在一些基础的光电材料里,加入了稀土元素。
这就像是给一道家常菜加入了特别的调料,一下子变得与众不同。
就拿我曾经的一次实验经历来说吧。
那时候,我在实验室里捣鼓这些材料,满心期待着能看到神奇的现象。
我小心翼翼地把稀土元素掺杂进光电材料中,然后启动设备进行测试。
在等待结果的过程中,我的心那叫一个忐忑。
眼睛紧紧盯着仪器,生怕错过任何一个细微的变化。
终于,结果出来了,那一瞬间,我看到了一束绚烂的光。
那光的颜色纯净而明亮,就像夜空中最璀璨的星星。
那一刻,我仿佛置身于一个梦幻的世界,被这美丽的光芒所包围。
这稀土掺杂光电材料发出的光,可不是随随便便的光哦。
它们的发光强度可以很强,强到能照亮很大一片区域;也可以很弱,弱得就像萤火虫的微光,给人一种神秘而迷人的感觉。
而且,它们发光的颜色也是多种多样的,红的、绿的、蓝的、黄的……简直就是一个五彩斑斓的光的调色盘。
你再想想,如果把这种材料用在我们的日常生活中,那得多酷啊!比如说,用在手机屏幕上,让屏幕显示的色彩更加鲜艳、逼真,看电影、玩游戏的时候,感觉就像身临其境一样。
或者用在照明灯具里,不仅能省电,还能让灯光更加柔和、舒适,晚上看书、走路都不用担心伤眼睛啦。
还有啊,在医疗领域也能大显身手。
可以制作成特殊的检测仪器,通过观察材料发出的光来诊断疾病,早早地发现身体里的小毛病。
不过,要研究清楚它们的发光特性可不是一件容易的事儿。
这需要科学家们不断地尝试、探索,就像在黑暗中摸索前进,每走一步都充满了挑战。
但正是因为有了这些挑战,才让这个领域充满了无限的可能。
总之,稀土掺杂光电材料的发光特性真的太神奇啦!它们就像一群隐藏在材料世界里的小精灵,等待着我们去发现它们更多的秘密,然后用它们的魔力为我们的生活带来更多的惊喜和便利。
学年论文稀土发光材料的研究现状与应用材化092 班…指导老师:….(陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021)摘要稀土元素包括元素周期表中的镧系元素(Ln)和钪(Sc)、钇(Y),共17个元素。
由于稀土离子的4f电子在不同能级之间的跃迁产生的丰富的吸收和发射光谱,使其在发光材料中具有广泛的应用。
稀土元素的特殊原子结构导致它们具有优异的发光特性,用于制造发光材料、电光源材料和激光材料,其合成的发光材料充分应用在照明、显示、医学、军事、安全保卫等领域中。
稀土元素在我国的储量丰富,约占全世界的40%。
本文综述了稀土发光材料的发光机理、发光特性、化学合成方法、主要应用领域以及稀土矿藏的开采方面存在的问题,并预测了今后深入研究的方向。
关键词稀土,发光材料, 应用Current Research and Applications of rare earth luminescentmaterialsAbstract Rare earth elements, including the lanthanides (Ln) and scandium (Sc) , yttrium (Y)of the periodic table, a total of 17 elements. a plenty of absorption and emission spectra in the light-emitting materials produced by the 4f electrons of rare earth ions transiting between different energy levels lead to a wide range of applications of rare earth luminescent materials. Special atomic structure of rare earth elements lead to their excellent luminescence properties, which is used in the manufacture of luminescent materials, the electric light materials and laser materials,1/ 8the synthesis of light-emitting materials are fully applied in lighting, display, medical, military, and security and other areas. The rare earth elements is abundant in China , with 40 percent of the total in the world. The luminescence mechanism of luminescent materials, luminescent properties, chemical synthesis methods, the main application areas, as well as the problems of the exploitation of rare earth minerals, and predict the direction of future in-depth research are all have being summarized in this paper.Key word rare earth, luminescent materials, application0 前言我国是稀土资源大国,在世界已探明的稀土储量为6200万吨(以稀土氧化物计)中,其中中国稀土资源工业储量为4800万吨,占世界已探明资源的80%,“稀土”并不稀少。
稀土发光材料的开题报告稀土发光材料的开题报告一、引言稀土发光材料是一种具有特殊光电性能的材料,其在光电子学、显示技术、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在探讨稀土发光材料的研究现状、应用前景以及可能的研究方向。
二、稀土发光材料的研究现状稀土发光材料是指通过掺杂稀土离子(如铒、镓、铽等)来激发材料发出特定波长的光。
目前,稀土发光材料的研究主要集中在以下几个方面:1. 材料合成与制备技术稀土发光材料的制备主要包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等。
这些方法通过控制反应条件和材料组分,可以实现对材料结构和性能的调控。
2. 光学性能研究稀土发光材料的光学性能是其应用的关键因素之一。
通过光谱分析、荧光寿命测量等手段,可以研究材料的荧光发射特性、能级结构等,为进一步优化材料性能提供理论依据。
3. 应用领域拓展稀土发光材料在光电子学、显示技术、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
其中,稀土发光材料在LED照明、显示器件、激光器等方面的应用已经取得了一定的突破。
三、稀土发光材料的应用前景稀土发光材料以其独特的发光性能在各个领域都有着广泛的应用前景。
1. 光电子学领域稀土发光材料在光电子学领域具有重要的应用价值。
例如,在光纤通信中,稀土发光材料可以作为光纤放大器的掺杂物,实现信号的放大和传输。
2. 显示技术领域稀土发光材料在显示技术领域的应用也是研究的热点之一。
通过掺杂不同的稀土离子,可以实现显示器件的多彩显示效果,提升显示质量。
3. 生物医学领域稀土发光材料在生物医学领域的应用前景巨大。
通过将稀土发光材料与生物分子结合,可以实现荧光标记、生物成像等应用,为生物医学研究提供了新的工具和方法。
四、稀土发光材料的研究方向在稀土发光材料的研究中,仍然存在一些挑战和问题需要解决。
以下是可能的研究方向:1. 提高发光效率目前,稀土发光材料的发光效率仍然有待提高。
可以通过调控材料的结构、改进制备工艺等手段,提高发光效率,降低能量损耗。
《稀土元素铕钐在Sr9Y(PO4)7材料中发光性能的研究》篇一一、引言随着科技的飞速发展,稀土元素在许多领域中的应用日益广泛。
稀土元素铕(Eu)和钐(Sm)作为稀土元素中的重要成员,其发光性能的研究成为了众多科研工作的焦点。
而将稀土元素与某些基质材料结合使用,可以有效提升发光材料的性能,尤其是用于制作显示、照明和光电传感等设备的材料。
其中,Sr9Y (PO4)7因其稳定的晶体结构及良好的物理化学性能,成为一种理想的光学材料。
本篇论文主要针对稀土元素铕、钐在Sr9Y (PO4)7材料中的发光性能进行研究。
二、材料与方法1. 材料本实验采用Sr9Y(PO4)7作为基质材料,稀土元素铕和钐作为掺杂剂。
所有材料均为高纯度,确保实验结果的准确性。
2. 方法(1)制备:按照一定比例将稀土元素铕、钐与Sr9Y(PO4)7混合,通过高温固相反应制备出掺杂了稀土元素的Sr9Y(PO4)7材料。
(2)表征:利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等手段对制备出的材料进行表征,确定其晶体结构和形貌。
(3)发光性能测试:采用荧光光谱仪对材料的发光性能进行测试,分析铕、钐的掺杂对Sr9Y(PO4)7材料发光性能的影响。
三、结果与讨论1. 晶体结构与形貌通过XRD和SEM表征,我们发现制备出的掺杂了稀土元素的Sr9Y(PO4)7材料具有稳定的晶体结构,且颗粒分布均匀,形貌良好。
这为后续的发光性能研究提供了良好的基础。
2. 发光性能分析(1)铕的掺杂对发光性能的影响:在Sr9Y(PO4)7中掺杂铕后,材料的发光性能得到了显著提升。
铕的掺杂使得材料在紫外光激发下发出明亮的红色荧光,且荧光强度随铕掺杂浓度的增加而增加。
然而,过高的掺杂浓度会导致荧光强度降低,这可能是由于浓度猝灭效应所致。
(2)钐的掺杂对发光性能的影响:钐的掺杂同样可以提升Sr9Y(PO4)7材料的发光性能。
与铕不同,钐的掺杂使得材料在可见光范围内发出宽谱带的荧光。
稀土掺杂纳米发光材料的研究进展 姓名:雷强强 学号:5901210080 班级:机电学院材成102班
中文摘要:稀土发光材料,具有荧光寿命较长,谱线强度较低、呈线状等特点,因而在照和明显示方面获得广泛的应用。同时,由于它们在近红外区的激光有许多可透过大气和光纤,从而在激光防伪,太阳能电池,测距和光通讯等方面获得应用。 论文主要围绕“稀土掺杂发光纳米材料纳米发展”开展研究工作。概述了纳米稀土发光材料的研究进展,着重研究了纳米稀土发光材料的结构与性能之间的关系。光谱学的研究主要集中在发射光谱、发光强度、荧光寿命和浓度猝灭等方面。并对该类材料的应用及发展前景进行了探讨及展望。 关键词: 纳米;稀土;发光材料 1.引言 纳米材料[1] 稀土发光纳米材料[2] 应用前景及展望[3]
1.1纳米发展小史 1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品,这是关于纳米科技最早的梦想。
1991年,美国科学家成功地合成了碳纳米管,并发现其质量仅为同体积钢的1/6,强度却是钢的10倍,因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年,纳米产品的年营业额达到500亿美元。
1.1.1什么是纳米材料 纳米材料通常被定义为组成相或晶粒结构控制在小于100nm的长度尺寸的材料,也可以说纳米材料的平均粒径或结构畴尺寸在100nm以下。纳米(nm)是长度单位,1纳米是10-9米(十亿分之一米),对宏观物质来说,纳米是一个很小的单位,不如,人的头发丝的直径一般为7000-8000nm,人体红细胞的直径一般为3000-5000nm,一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小,金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示,1埃相当于1个氢原子的直径,1纳米是10埃。
2.稀土发光纳米材料简介 稀土元素具有一般元素所无法比拟的光谱学性质,使稀土发光材料被广泛应用于发光、显示、光信息传递、太阳能光电转换、X射线影像、激光、闪烁体及飞点扫描等领域。据统计,稀土发光新材料中稀土的总用量不及稀土消耗量的4%,但其产值却占稀土市场总销售额的41%,是稀土行业最热门的行业[1]。 纳米稀土发光材料是指基质粒子尺寸在1~lOOnm的发光材料,对其研究始于最近几年由于纳米粒子本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效等,受这些结构特性的影响,将稀土发光材料纳米化无疑能在原有特性的基础上赋予一系列新的特性,将更有利于发现新的发光材料和新的特性。如当发光材料基质的颗粒尺寸小到纳米级范围内,其中掺杂的激活离子的发光和动力学性质就会发生改变,就会影响其光吸收、激发寿命、能量传递、发光量子效率和浓度猝灭等性质,从而其物理性质就会发生改变[2,3,4]。
2.1纳米稀土发光材料的结构与性能 除了半导体荧光材料以外,还有一类重要的稀土化合物荧光材料。这类材料的种类繁多、性能优异,因而得到了广泛应用。在早期的纳米材料科学研究中,这类重要的应用光学材料没有得到应有的重视,只是最近考虑到此类稀土化合物纳米材料的优异特性及广泛的应用前景,才逐步开始对稀土化合物纳米材料的荧光性能进行较深入的研究。关于稀土纳米氧化物的制备有不少文献[5,6]报道过。当然稀土化合物纳米荧光材料不只是单一的氧化物, 包括Y3Al5O12、YSiO5、Y2SiO7、YVO4等多种,都是重要的荧光材料[8],因此,这类稀土纳米荧光材料的制备是一个非常活跃的研究领域,尤其是对多元的稀土化合物纳米荧光材料的合成。从理论上讲,稀土化合物纳米材料的能级结构与荧光特性是一个全新领域;从荧光机制来讲,稀土化合物纳米荧光材料和半导体纳米荧光材料完全不同,它们从能量的传递机理到材料的发光中心都有很大区别。因此,稀土化合物纳米荧光材料的能级结构和光谱特性是令人很感兴趣的一个研究领域。纳米稀土发光材料的发射波长、荧光寿命、发光效率以及猝灭浓度等与纳米微粒的粒径有关。这些现 象与纳米材料的结构特性密切相关。
2.1.1稀土发光纳米材料的特性 稀土发光纳米材料物理性质1性能特点与常规的微米颗粒的发光材料相比,纳米稀土发光材料的颗粒尺度通常小于激发或发射光波的波长,因此光场在微粒范围内可以近似为均匀的,不存在对光波的限域作用引起的微腔效应,而且对超细颗粒而言,尺寸变小,其比表面积亦显著增加,产生大的表面态密度。这两方面都使纳米稀土发光材料产生一系列新奇的性质,主要表现在以下几方面。 (1)荧光寿命变化。纳米Y:O。:Eu3+的荧光寿命与微米Y:O。:Eu3+的比较[7],看到纳米化后荧光寿命明显延长。这是因为小颗粒粒径限制了Eu3+的能量转移过程,导致交叉驰豫过程不起作用。而用溶胶提拉法制备的Zn。SiO。:Mn2+纳米微晶薄膜中观察到Mn2+的荧光寿命缩短,与相同工艺条件下制得的Zn。SiO。:Mn2+粉末材料(2/tm)相比,Mn2+发光的寿命缩短了5个量级,这是由于表面缺陷增加引起的£7]。 (2)红外吸收带宽化。纳米Y:O。:Eu3+的红外谱Y—O吸收带宽化[8]的原因是:纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降,不饱和键和悬键增多,与常规材料大不相同,没有一个单一的,择优的键振动模,而存在一个较宽的键振动模的分布,在红外光场作用下它们对红外吸收的频率也就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。 (3)光谱发生红移或蓝移。有时可以观察到纳米发光材料的光激发光谱和发射光谱相对于粗颗粒发光材料呈现红移现象,其原因是:粒径减小的同时,颗粒内部的内应力会增加,这种压应力的增加使得能带结构的变化,电子波函数重叠加大,结果带隙、能级间距变窄,这就导致电子由低能级向高能级及半导体电子由价带到导带跃迁引起的光吸收带和吸收边发生红移[9]。而有时纳米稀土发光材料的激发光谱和发射光谱会发生蓝移现象,如文献[53在对纳米Y。o。:Eu3+和纳米Y。A160。:(YAG):Ce3+的光谱研究中均发现了光谱蓝移现象,伴随着这些现象同时出现的是纳米Y:O。:Eu3+和纳米YAG:Eu3+的晶格畸变现象,这可能是由于纳米材料巨大的表面张力导致晶格畸变,并通过晶体场的作用产生光谱蓝移。 (4)浓度猝灭。纳米发光材料还存在另一个重要的现象就是猝灭浓度的变化,如纳米Y。0。:Eu3+(20nm)比微米Y203:Eu3+的激活剂临界浓度高,纳米Y:O。:Eu3+中Eu3+的临界浓度为8mol%[10,11],这种现象说明纳米Y:O。:Eu3十颗粒间大的界面使能量传递速率降低,进而使得传递给淬灭中心的能量减少。
3.纳米稀土发光材料的应用前景及展望 纳米稀土发光材料独特的性质使其具有广阔的应用前景。纳米稀土发光材料可广泛应用于发光、显示、光信息传递、太阳能光电转换、X射线影像、激光、闪烁体等领域,是本世纪含CRT、FED和各种平板显示器的信息显示、人类医疗健康、照明光源、粒子探测和记录、光电子器件及农业、军事等领域中的支撑材料,发挥着越来越重要的作用。纳米量级的荧光粉颗粒能够显著改善阴极射线馆(CRT)和彩色等离子显示器(PDP)涂屏的均匀性,有助于提高显示清晰度。而场发射器件(FED)用的纳米级荧光粉与传统的FED荧光体相比,其所具有小的尺寸可以被低压电子完全渗透,从而使材料得以有效应用。同时由于纳米荧光粉的比表面积增大,发光颗粒数增加,从而可以减少稀土三基色荧光粉的用量,致使成本降低,是照明灯和显示器涂屏的首选材料。此外,制备稀土离子掺杂的纳米材料还为发展和研究透明复合材料开辟了新途径。纳米粒子光散射小,可将其埋在无定型透明基质中,可望在激光和放大器上获得应用。4研究展望纳米稀土发光材料在研究中所显示的许多奇特性能,使它成为一类极有希望的新型发光材料。可以预期纳米稀土发光材料将在光电子学和光子学的发展中发挥十分重要的作用。同时它所存在的一些问题都需要从理论和实践上作更深入的研究。其发展趋势主要有以下几方面。 (1)纳米稀土发光材料的理论体系还需进一步建立和完善。由于对此类材料的研究是近年来才开展的,现有的理论体系还不够完善,需要深入研究。比如在纳 米颗粒中激活剂的分布、分凝问题;越过界面时能量传递机制的改变等等。 (2)表面修饰研究。纳米稀土发光材料具有大的比表面积会影响到激活剂和缺陷在粒子的表面、界面和次级相间的分布,其表面缺陷是影响发光材料发光效率 的重要原因,因此需要对表面修饰进行深入的研究。 (3)开发和探索纳米稀土发光材料制备新方法。将微波烧结技术和超声波分散技术等高新技术与化学合成技术结合来制备纳米稀土发光材料是近来的发展趋 势之一。 [1]李建宇.稀土发光材料及应用I-M].北京:化学工业出版社,2003. [2]孙家跃.稀土发光材料[M].北京;化学工业出版社,2003. [3]洪广言.稀土产业与纳米科技口].稀土信息,2002,(5):5~9. [4]林映霞等.纳米发光材料的发展及研宄综述[J].山东化工,2004,(33):12-15. [5]李强,高濂等.稀土化合物纳米荧光材料研究的新进展 [6]Williams D K,Bihari B,etal.Spectral hole burning in crys—talline Eu203 and Y203:Eu3+nanoparticles[J].PhysicsChemistry Bulletin,1998,102:916~920. [7]Tao Ye,Zhao Guiwen,etal.Combustion synthesis and photoluminesof nanocrstaltine Y203:Eu”phoshors[J].Mate—rials Research Bulletin,1997,32(5):501~506. [8]谢平波,张慰萍等.纳米Zn2SiOd:Mn薄膜的Sol—Gel法制备和荧光性能[J].中国科技大学学报,1997。27(4):389~394. [9]邱关明,耿秀娟等.纳米稀土发光材料的光学特性及软化学 制备口].中国稀土学报,2003,21(2):109~114. [10]周永慧,林君等.纳米发光材料研究的若干进展[J].化 学研究与应用,2001,13(2):117~122. [11] 张慰萍,尹民等.稀土掺杂的纳米发光材料的制备和发 光[J].发光学报。2000,21(4):314~319. English Title Advance in Study on Nanoscale Rare Earth Luminescent Materials Name:Leiqiangqiang. Student Number: 5901210080 Class:102