稀土離子摻雜鎢酸鉛微晶的可控合成及其光學性能研究.pdf

1、納米材料的控制合成是實現(xiàn)材料性能調控及其應用的基礎。研究表明納米材料的性能如光、電、磁、熱、力學、催化等具有強烈的尺寸、形貌、維度等依賴性。因此控制納米材料尺寸、形貌和維度,探索低維納米材料的新合成方法不僅可滿足器件微型化的需求,而且為人們系統(tǒng)地研究其性能、微結構和譜學特征,建立描述和表征納米材料的新概念和新理論。并為最終實現(xiàn)對固體材料的“剪裁”提供了必要條件。
　　 本論文以鎢酸鉛為研究對象,通過摻雜三價稀土離子和改變反應體系

2、中混合溶劑的比例實現(xiàn)了鎢酸鉛(PbWO4)微晶的可控合成,研究了其光學性能與晶體結構、晶體生長方式、表面形貌以及晶粒尺寸等之間的內在關聯(lián),詳細的內容如下:
　　 1.以丙三醇和水(GC/H2O)的混合溶劑作為反應體系的溶劑,利用水熱法制備出來了純相的釔(Y3+)摻雜PbWO4微晶；通過調控Y3+摻雜量和混合溶劑中GC和H2O的體積比,制備出不同形貌的Y3+摻雜PbWO4微晶；通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、高

3、分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)等表征分析,詳細討論了Y3+摻雜濃度和混合溶劑中GC/H2O體積比變化對Y3+摻雜PbWO4微晶的形貌影響；同時在一定的Y3+摻雜濃度和GC/H2O體積比下,可以制備出新穎的Y3+摻雜PbWO4介觀晶體結構,并提出了其形成機理；通過對Y3+摻雜PbWO4微晶光致發(fā)光光譜(PL)的分析表征分析,發(fā)現(xiàn)Y3+摻雜導致PbWO4微晶的帶隙中產(chǎn)生了局域能級,并抑制了PbWO4微晶的帶間發(fā)射,增強了激子發(fā)光效率；Y3

4、+的摻雜會在PbWO4晶格中引入過剩的電荷,并詳細分析了過剩電荷補償機制與局域能級的間可能的內在關聯(lián),以及對PbWO4微晶發(fā)光性能的影響；
　　 2.以乙二醇EG/水H2O為反應溶劑,采用水熱法制備出了純相的Y3+摻雜PbWO4微晶,通過調控Y3+摻雜濃度和EG/H2O混合溶劑的體積比,得到了不同形貌的PbWO4微晶。詳細分析了GC/H2O和EG/H2O兩種混合溶劑對PbWO4微晶的晶體結構和表面形貌影響的聯(lián)系與區(qū)別,結果顯示,

5、兩種混合溶劑都可以顯著的降低PbWO4微晶的晶粒尺寸,EG可以強烈的抑制PbWO4微晶(200)晶面的生長,而GC對各個晶面的生長都有強烈的抑制作用；通過對Y3+摻雜PbWO4樣品的PL表征,發(fā)現(xiàn)Y3+摻雜在PbWO4的禁帶中形成了定域能級,它可以捕捉電子或空穴形成束縛態(tài)激子,增強了PbWO4微晶的發(fā)光強度；提出了一種電子能帶躍遷模型用來解釋Y3+摻雜PbWO4微晶的發(fā)光過程；簡要地討論了釓離子(Gd3+)和鑭離子(La3+)對PbWO

6、4微晶晶體結構和表面形貌的影響作用,并結合Y3+摻雜的結果,發(fā)現(xiàn)不同的摻雜離子對PbWO4微晶晶面的控制作用不同,它們的共同點是改變了PbWO4晶體生長習性。
　　 3.在室溫下,以EG/H2O為反應溶劑,通過簡單的直接沉淀法制備出了Y3+摻雜的PbWO4微晶；詳細討論了兩種制備方法(水熱法和直接沉淀法)對PbWO4微晶結果與形貌的可能的影響；同時,還發(fā)現(xiàn)室溫下一定比例的Y3+摻雜和EG/H2O的比例也可以誘導形成PbWO4介觀

7、晶體；利用離心實驗收集PbWO4介觀晶體生長的各個時間段的樣品,通過對樣品的XRD、FESEM、HRTEM和SAED(選區(qū)電子衍射)等分析表征,提出了一種以納米粒子-納米粒子定向組裝的晶體生長模型；初步探討了室溫EG/H2O混合溶劑體系下其他稀土離子如:鑭離子(La3+)、釹離子(Nd3+)、釓離子(Gd3+)、鈰離子(Ce3+)、銪離子(Eu3+)等對PbWO4微晶晶體結構和宏觀形貌的影響,并提出了一種三價稀土離子對PbWO4微晶晶體