鈰基化合物(CePO4,CeO2)納米發(fā)光材料的合成及性能研究.pdf

1、由于稀土元素具有獨(dú)特的電子層結(jié)構(gòu)，稀土化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的光、電、磁功能，稀土發(fā)光材料的應(yīng)用格外引入注目。鑭基化合物（特別是LaPO4）發(fā)光材料研究較多，而鈰基化合物發(fā)光材料研究較少。磷酸鈰在紫外區(qū)有很強(qiáng)的發(fā)射，且熒光壽命非常短（小于100ns），Ce3+可以很好的敏化其它離子(Tb3+，Dy3+)。據(jù)我們所知，Ce4+沒有4f電子。因此，Ce4+不耗損能量。由于O2-和Ce4+的電荷轉(zhuǎn)移，CeO2在紫外區(qū)(UV)有較強(qiáng)的吸收。CePO4

2、和CeO2有可能都是較好的基質(zhì)。本論文采用水熱法合成CePO4和CeO2為基質(zhì)的發(fā)光材料，通過改變反應(yīng)的條件（反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH、摻雜量等）研究CePO4和CeO2基質(zhì)的發(fā)光材料的熒光性能。
　　 我們采用水熱法合成CePO4:Dy熒光材料，改變反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH、摻雜量，通過XRD，SEM，PL等手段研究其物相、形貌和熒光性能。結(jié)果表明：120℃合成的粉體為六方相結(jié)構(gòu)，呈棒狀，直徑約為20-60nm，長(zhǎng)度約為100-200nm

3、，200℃合成的粉體為單斜相結(jié)構(gòu)近乎長(zhǎng)針狀，長(zhǎng)度1-2微米，直徑約5-50納米，隨溫度升高長(zhǎng)徑比變化。200℃合成的粉體監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)為340nm時(shí)用290nm的激發(fā)波長(zhǎng)激發(fā)強(qiáng)度最大，六方相的峰中心在357nm處較單斜相的340nm發(fā)生紅移，這是由Ce3+的配位環(huán)境差異引起的；改變反應(yīng)pH=5，9合成CePO4:Dy粉體，隨pH升高，粉體形貌中出現(xiàn)部分粒狀結(jié)構(gòu)，界面不清晰、表面缺陷較多，形貌的變化引起一維限域效應(yīng)，發(fā)光強(qiáng)度隨pH增大減弱；改變

4、摻雜量1mol％，5mol％，10mol％，15mol％，隨摻雜濃度的增加，發(fā)射強(qiáng)度逐漸減弱，猝滅濃度可能低于1mol％。
　　 我們通過煅燒水熱法合成的含結(jié)晶水的草酸鈰粉體得到CeO2:Eu納米粉體，改變水熱反應(yīng)pH、水熱時(shí)間、煅燒溫度、煅燒保溫時(shí)間、摻雜量等，采用XRD，SEM，PL等手段研究其物相、形貌和熒光性能。結(jié)果表明：煅燒產(chǎn)物為面心立方螢石結(jié)構(gòu)的CeO2。煅燒溫度在500度時(shí)，顆粒呈六角形，當(dāng)溫度升高到800度，顆粒

5、形狀變?yōu)樗慕切?，且有片狀晶體出現(xiàn)，顆粒尺寸均在100nm左右。隨煅燒溫度升高，粉體的發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)；改變煅燒保溫時(shí)間，煅燒保溫時(shí)間在1h時(shí)，晶粒都是類球狀結(jié)構(gòu)，尺寸均一。但是，晶粒團(tuán)聚現(xiàn)象很嚴(yán)重。保溫時(shí)間在3h時(shí)，顆粒形狀為四角形，且有片狀晶體出現(xiàn)，顆粒尺寸均在100nm左右。當(dāng)煅燒保溫時(shí)間3h的時(shí)候，發(fā)光強(qiáng)度最低，當(dāng)煅燒保溫時(shí)間為2h的時(shí)候發(fā)光強(qiáng)度有所提高，煅燒時(shí)間為1h的發(fā)光強(qiáng)度最強(qiáng)；改變水熱反應(yīng)時(shí)的pH，當(dāng)反應(yīng)pH=7時(shí)發(fā)光強(qiáng)度較低

6、，當(dāng)反應(yīng)pH=1時(shí)發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度得到明顯增強(qiáng)；改變水熱處理時(shí)間，當(dāng)水熱處理時(shí)間為1min時(shí)，CeO2粒徑為類球狀，晶粒直徑僅50nm左右，延長(zhǎng)水熱處理時(shí)間到2h，粉體中出現(xiàn)大量梭形顆粒和長(zhǎng)棒結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)棒長(zhǎng)1-2微米，直徑50-100nm左右。當(dāng)水熱處理時(shí)間延長(zhǎng)到4h，開始出現(xiàn)部分棉球狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)棒結(jié)構(gòu)依然存在，但是它的長(zhǎng)度卻變短為0.1-0.5微米，直徑變大為200nm左右。當(dāng)水熱時(shí)間為1min時(shí)，發(fā)射強(qiáng)度較弱，當(dāng)水熱時(shí)間為8h時(shí)發(fā)射強(qiáng)度