微波辅助法制备钼酸盐稀土上转换发光材料及表征

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1、微波辅助法制备钼酸盐稀土上转换发光材料及表征1.引言由于稀土元素具有特定的电子结构，稀土化合物具有许多特别的光学，电学，磁学性质，特别是稀土元素的光谱性质受到了科研工的广泛关注。稀土化合物的光学，电学，磁学三大性质中，其光学特质是最突出的性能，也是稀土研究的重点方向(黎建宇，2005)。镧系元素掺杂的上转换焚光材料一直是材料物理化学领域几十年来的研究焦点。最初上转换材料主要研究的都是块状玻璃与晶体材料，到了二十世纪中期，随着上转换材料研宄的发展，情况发生了巨大变化。上转换纳米材料作为一种具有独特性质的光学材料表现出了巨大的应用前景，从照明到3D显

2、示到光伏领域，特别是具有纳米尺寸的上转换纳米晶体被证明了可以应用于焚光标记，这使得化学和生物传感器的灵敏度有了显着改善，增强了传感器的多功能性。上转换材料除了自身的光学性质，通过稀土掺杂，它也能表现出磁学和铁电特性。这些特性可能会促使上转换发光材料在其他领域地发展。中国是世界排位第一稀土资源的大国，稀土资源分布在我国很多地区，集中分布于江西的南部、白云鄂博、四川凉山、广东北部等地，无论从储量、产量，还是出口量来说，都在世界的稀土市场上占有至关重要的地位。近几年，上转换纳米领域的进一步发展促使我们把目光主要集中在一些基础研究上，例如合成方法，材料表

3、征，应用领域等等，同时上转换材料也面临着很多重大的机遇和挑战。上转换研究的目标是精确控制稀土元素掺杂进入不同基质材料的晶格以提供光子发射。掺杂离子和基质材料组成了上转换焚光材料。掺杂一般可以分为单离子掺杂和双离子掺杂两大种类。目前，单掺杂材料的焚光效率不高其主要原因是由于单一离子掺入，阵子强度和窄线的光谱会制约其红外光的吸收。随着稀土离子浓度的不断增加从而增强红外光的吸收，但是同时又会发生浓度猝灭，反而降低发光强度。通常采用双稀土离子掺杂的方法以改善材料的红外光吸收能力。双离子掺杂的上转换突光材料通常是通过掺入高浓度的敏化剂离子，如Yb3+离子，

4、从而将吸收的红外光子能量传递给其他激活离子，如Er3+离子，Tm3+离子，Ho3+离子，使上转换焚光强度明显增强（窦京涛，2008)。所以掺杂离子又包括激活剂离子和敏化剂离子，如Er3+离子具有丰富的能级结构，它可以被波长范围是800-1000nm的红外光源激发；Yb3+离子的吸收波长大致为980nm,这与近红外光的能量相匹配，所以它可以作为近红外980nm激发的敏化剂，把吸收的能量传递给发光中心。现在还有研宄者通过过渡元素与稀土离子共掺，从而发生上转换焚光效果，例如：Mn2+-Yb3+和Cr3+-Yb3+两种不同离子掺杂。1.1稀土掺杂上转换发

5、光材料常见的发光现象为发光材料吸收高能量的光子发射出低能量的光，服从Stokes规则。但是，还存在着与之相反的反Stokes规则发光现象，也就是发光材料可以吸收相对能量低、波长长的光子而发射出相对能量高、波长短的光子，这种现象被称为上转换效应或是反Stokes效应（吴世嘉，2013;祁亚平，2013)。上转换效应可以将人眼无法看到的红外光变为可见光。上转换发光过程可以简单用图1-2表示。在1959年，Halsted等人（Halstedefa/.，1959)观察到了ZnS材料在980nm近红外光源的照射下能发射出520nm左右的绿光，之后在1966

6、年Auzel发现敏化剂Yb3+离子分别与发光中心Er3+、Tm3+、Ho3+离子共掺杂后产生了上转换焚光现象，然后正式提出了上转换的概念（AuzeleZa/.,1966)□能量传递（ET,EnergyTransfer)的机理是满足能量匹配的两种离子，一位于激发态El的施主离子REi与处于基态Eq的另一受主离子RE2相互作用而使得施主离子REi以能量传递的方式使受主离子RE2跃迁到激发态能级El。受主离子RE2位于激发态能级El还可以继续通过能量传递的形式从而跃迁到更高的激发态能级E2(宋岳林，2011)。..2实验试剂及仪器设备2.1主要实验试剂

7、..2.2主要仪器设备3微波辅助法制备稀土掺杂钼酸钙上转换纳米晶体..........153.1引言.........153.2制备稀土氯化物.........153.3制备稀土掺杂钼酸钙上转换材料.........153.4表征与测试.........163.5结果与讨论.........173.6本章小结.........224微波辅助法制备钼酸钙纳米晶体的影响因素.........234.1引言.........234.2实验.........234.3结果与讨论.........234.4本章小结.........285不同稀土元素掺杂制

8、备钼酸钙纳米晶体.........295.1引言.........295.2实验.........295.3结果与讨论.........