燒綠石型T2Ti2O7納米材料的制備及其上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能研究.pdf

1、上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料能將低能泵浦光子轉(zhuǎn)變成可見光，是一種頗具發(fā)展?jié)摿Φ墓δ懿牧?，由于其?dú)特的優(yōu)勢(shì)，在生物醫(yī)藥、三維立體顯示器、太陽(yáng)能電池、光學(xué)傳感器、信息存儲(chǔ)和光導(dǎo)開關(guān)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。燒綠石復(fù)合氧化物Y2Ti2O7具有聲子能較低、物理化學(xué)穩(wěn)定性高和稀土離子易摻雜等優(yōu)點(diǎn)，是上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的優(yōu)良基質(zhì)。鑒于此，本論文以Y2Ti2O7為研究對(duì)象，分別采用溶膠-凝膠法和溶液燃燒法制備了分散性較好的Y2Ti2O7納米晶，對(duì)制備過程的關(guān)鍵因素

2、進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化，系統(tǒng)研究了Y2Ti2O7及其摻雜改性后的納米晶的物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及上轉(zhuǎn)換發(fā)光性質(zhì)。
　　發(fā)展了一種檸檬酸溶膠-凝膠法制備Y2Ti2O7納米晶的新方法。利用熱力學(xué)平衡常數(shù)，通過溶解度等溫線的理論計(jì)算，表明形成穩(wěn)定的Y3+-Ti4+-檸檬酸鹽絡(luò)合物的pH值范圍在6.4～7.0之間。通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了溶膠-凝膠法制備Y2Ti2O7納米晶的條件，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下（檸檬酸與陽(yáng)離子總物質(zhì)的量之比為2.5，前驅(qū)體溶

3、液的pH=6.5），前驅(qū)體干凝膠在800℃煅燒1.0 h，產(chǎn)物為分散性較好、呈類球形的納米晶，平均粒徑為20～30 nm。達(dá)到了理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)自洽，這為燒綠石鈦酸鹽復(fù)合氧化物的納米晶的制備提供了一種理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)方法。
　　采用檸檬酸溶膠-凝膠法制備了新型的上轉(zhuǎn)換納米晶Y2Ti2O7∶Er3+，Yb3+和 Y2Ti2O7∶Er3+，Yb3+，Li+。對(duì)于 Er3+/Yb3+和Er3+/Yb3+/Li+摻雜的樣品，在較弱的980 n

4、m激發(fā)下，可獲得較強(qiáng)的綠光(～525、～545 nm)和紅光(～660 nm)上轉(zhuǎn)換發(fā)射，分別歸屬于Er3+離子的(2H11/2，4S3/2)→4I15/2和4F9/2→4I15/2能級(jí)躍遷。樣品的煅燒溫度、Yb3+以及Li+摻雜濃度對(duì)上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度有著重要的影響。對(duì)于Er3+/Yb3+摻雜的納米晶，上轉(zhuǎn)換發(fā)光隨煅燒溫度的升高而增強(qiáng)，在同一煅燒溫度下，Yb3+摻雜濃度為7.5 mol％時(shí)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光最強(qiáng)。對(duì)于Er3+/Yb3+/Li+摻

5、雜的樣品，煅燒溫度為800℃、Li+摻雜濃度為10.0mol％時(shí)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度最大，與未摻雜Li+離子的樣品相比，其紅光和綠光分別增強(qiáng)了18.6和8.3倍，主要是由于Li+離子的摻入降低了Er3+局部晶體場(chǎng)的對(duì)稱性。Er3+/Yb3+和Er3+/Yb3+/Li+共摻雜的納米晶上轉(zhuǎn)換紅光和綠光均屬雙光子過程，主要為能量傳遞上轉(zhuǎn)換機(jī)制。
　　建立了一種制備分散性較好、尺寸分布較均勻的Y2Ti2O7納米晶的新方法——甘氨酸溶液燃燒法。

6、當(dāng)甘氨酸與硝酸鹽物質(zhì)的量之比為2.0、前驅(qū)體溶液pH=2.0、煅燒溫度為800℃時(shí)，制備的Y2Ti2O7納米晶為純燒綠石相，結(jié)晶度高、顆粒分散性較好、尺寸分布較均勻，平均粒徑20～30 nm。該方法實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單、反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)溫度比傳統(tǒng)的高溫固相反應(yīng)降低了約700～800℃，大大節(jié)約了能源。
　　采用甘氨酸溶液燃燒法制備了新型的Ho3+/Yb3+和Ho3+/Yb3+/Li+共摻雜Y2Ti2O7上轉(zhuǎn)換納米晶。在980 nm激光器泵

7、浦下，摻雜的樣品發(fā)射出明亮的上轉(zhuǎn)換紅光(～660 nm)和綠光(～550)，分別歸屬于Ho3+離子的5F5→5I8和（5F4，5S2）→5I8能級(jí)躍遷。上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度強(qiáng)烈依賴于煅燒溫度、Yb3+和Li+離子摻雜濃度。對(duì)于Y2Ti2O7∶Ho3+，Yb3+體系，煅燒溫度為800℃、Yb3+摻雜濃度為7.5 mol％時(shí)，上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度最大。對(duì)于Ho3+/Yb3+/Li+摻雜的體系，煅燒溫度為800℃、Li+摻雜濃度為12.5 mol％時(shí)，上

8、轉(zhuǎn)換發(fā)光最強(qiáng)，與相應(yīng)的未摻雜Li+的樣品相比，上轉(zhuǎn)換綠光和紅光發(fā)射強(qiáng)度分別增強(qiáng)了10.2倍和4.8倍，主要是由于Li+離子摻入，降低了稀土離子局部晶體場(chǎng)的對(duì)稱性和無輻射躍遷幾率。Li+離子摻雜前后的Y2Ti2O7∶Ho3+，Yb3+納米晶上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制相似，均為雙光子吸收過程。
　　采用兩步法成功制備了殼-核結(jié)構(gòu)Y2Ti2O7∶Er3+，Yb3+，Li+@SiO2和Y2Ti2O7∶Ho3+，Yb3+，Li+@SiO2。前驅(qū)體溶液的