特殊形貌稀土夹杂二氧化硅发光材料之制作与发光特性概述

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1、特殊形貌稀土夹杂二氧化硅发光材料之制作与发光特性概述第1章绪论1.1引言如今，随着现代科学技术的飞速发展，大量不同种类的材料得到了广泛的应用。自从发现碳纳米管[1]以来，纳米/微米材料凭借其在纳米/微米级器件、传感器和能量储存及转换方面的功能性意义和潜在的应用价值，受到人们的广泛关注。纳米/微米材料种类众多，形貌、尺寸各异，用途广泛，由于应用需要的不同，催生出了大量功能化的衍生物。近年来，纳米/微米功能性光致发光材料作为极具吸引力的研究方向，具有广泛的前景和用途。降低发光材料的尺寸至微米级甚至纳米级可以获得许多新奇的物理化学性质，进而影响其发

2、光和动力学性质，如能量传递、发光寿命、量子效率和浓度淬灭等。二氧化硅具有生物兼容性、特殊环境下的纳米容器以及可进行化学修饰等方面的诸多特性，并且前驱体容易获得，是制备多功能发光材料的首选基质。另一方面，稀土离子作为发光材料具有引人注目的特性，如线状发射、高量子产率、长发光寿命（微秒-毫秒范围）、良好的光化学稳定性和低毒性等[2]。将稀土离子与二氧化硅基质结合，不仅可以给稀土离子提供相对稳定的环境来实现其优异的光学特性，还可以赋予二氧化硅基质新的功能性。因此，将稀土离子作为功能性客体与二氧化硅基质结合，具有重要的实际价值。由此制得的稀土掺杂二氧

3、化硅纳米/微米结构具有优越的光学、电学和催化剂性能，可用于光子晶体[3]，光波导和光放大器[4]，微容器[5]，荧光标记和微传感器[6]等领域。.1.2发光材料物质内部以某种方式吸收能量，将其转化成光辐射（非平衡辐射)的过程称为发光。即，当某种物质受到激发（由光、电子束、外电场等产生）后，物质将处于激发态，激发态的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这些能量是位于可见、紫外区域或是近红外的电磁辐射，此过程称为发光过程。在实际应用中，将受外界激发而发光的物体称为发光材料，通常以粉末、单晶、薄膜或非晶体等形态存在。以发光方式作为区分，可将发光材料

4、分为以下主要类型：光致发光、阴极射线发光、电致发光、热释发光、辐射发光等。光致发光：使用紫外光或可见光等光源激发发光材料，使材料产生发光，这一现象叫做光致发光。光致发光是很发光材料领域研究的热点，现已成为应用领域最为广范的研究方向[7]。无论是气态、液态还是固态，也不管是无机物、有机物还是生命物质都可以产生光致发光。光致发光最普遍的应用为日光灯和其它单色灯，广泛地应用于印刷、医疗、植物生长、诱虫及装饰等领域[8,9]。阴极射线发光：采用电子束激发材料可获得阴极射线发光。电子束的电子能量通常在几千至几万电子伏特，进入发光材料中可产生大量次级电子

5、，离化和激发发光中心，从而产生发光[10]。电致发光：又称电场发光。电场是通过在两电极之间加压所产生，被激发的电子与材料中的发光中心产生碰撞，脱离束缚即产生跃迁，随后又释放出能量复合回原来的空穴，从而导致发光[11]。热释发光：发光体中以某种方式被激发后，贮存了能量，然后加热发光体，使它以光的形式把能量再释放出来的发光现象。..第2章二氧化硅纳米管的合成及发光性质研究2.1引言二氧化硅纳米管具有特殊的光、电和机械性质[1]，这些性质使得纳米管在催化剂[2]、分离技术[3]、纳米技术以及药物输送[4]等领域具有潜在的应用价值。二氧化硅纳米管的合

6、成方法众多，以正硅酸乙酯（TEOS）作为硅源的溶胶凝胶模板法使用最为广泛。过去的数十年中，人们曾采用有机凝胶[5-7]、水凝胶[8-11]、碳纳米管[12]和多孔氧化铝薄膜[13]作模板。Nakamura和Matsui在氨水催化条件下利用D,L-酒石酸（TTA）和柠檬酸[14]为模板制备了纳米管和纳米球。静态条件下柠檬酸铵晶体通过硅烷基团的特殊作用成为管状形貌的结构导向剂。该方法在其他二氧化硅材料中也得到了大量应用[15,16]。一些无机盐也可作为二氧化硅纳米管合成的模板剂，例如针状碳酸钙（needle-likeCaCO3NPs）[17]。T

7、EOS的水解过程易于控制，是一种常用的硅源，其它硅源还有硅酸钠[18]。在胆固醇凝胶系统中利用功能化染料与TEOS共缩合可以制备负载香豆素和蒽激光染料的发光二氧化硅纳米管[19]。总之，溶胶凝胶法是一种温和的有机-无机功能材料合成方法，可用于合成多种类型的光学材料。人们对二氧化硅的发光性质已经熟知，即无定形二氧化硅的在蓝光、红光、绿光和紫外区域均有发射[20]。Shen等人研究了快速热退火条件下MCM-41的红光发射性质，其发射范围在580-670nm[21]。MCM-41纳米管也可用于研究低温环境下（50-300K）蓝-绿发光的衰变[22]

8、。Zhang等报道了溶胶凝胶模板法合成二氧化硅纳米管的过程并发现煅烧前后纳米管都能发射强光（煅烧前最大发射峰486nm蓝光，煅烧后最大发射峰539nm黄绿光）[23