Ln2O3：RE纳米晶的制备与发光性质研究（Ln=Y，Gd）

论文摘要

本文以Ho、Er 两种重要的稀土元素为研究对象,以Y2O3和Gd2O3两种稳定的氧化物为掺杂基质,分别采用燃烧法和水热法成功地制备了Y2O3:Ho/Yb纳米颗粒和Gd2O3:Er/Yb 纳米片、纳米线,目的是探索稀土掺杂纳米材料的发光特性,并揭示其物理本质。研究了制备条件对样品尺寸和形貌的影响,通过激光辐照、电子顺磁共振（EPR）和变温等实验手段,系统地研究了这两种纳米材料体系的发光性质、微观机制以及发光强度与激发功率密度的依赖关系。得到如下结论: （一）Y2O3:Ho/Yb 体系: 1. 随着尺寸的减小,Ho3+的整体发射强度降低,但5F5→5I8的红光发射与5S2（5F4）→5I8的绿光发射的荧光分支比增强。这种现象是由纳米材料的表面效应引起的无辐射弛豫过程增强所致。2. 在较高的激发密度下,增大激发功率,Ho3+上转换发射强度反而减小,这可能是激光辐照使Ho3+或Yb3+发生了价态变化或其它形式的结构改变,导致上转换发光减弱。（二）Gd2O3:Er/Yb 体系: 1. 采用水热法合成了Gd2O3:Er/Yb 纳米材料,实验发现,在中性条件下合成样品易于形成纳米片,碱性条件下会形成纳米线,碱性越强越容易形成纳米线。2. 纳米线与纳米片相比较,表面原子所占比例减小,无辐射跃迁速率减小,使得红外发射强度减弱,上转换强度增强,线状结构的纳米材料更适合作上转换材料。3. 在线状结构的Gd2O3:Er3+/Yb3+纳米晶中,2H11/2-4I15/2和4S(3/2-4I15/2的上转换发光强度之比随激发功率的增强明显增大,这种现象是由热激活引起2H11/2和4S3/2能级上的电子重新分布所致。

论文目录

• 1 引言
• 1.1 纳米材料
• 1.2 上转换发光的研究进展
• 1.3 纳米材料中的上转换
• 2 纳米材料的物理效应、稀土离子性质和电子顺磁共振简介
• 2.1 纳米材料的物理效应
• 2.1.1 量子尺寸效应
• 2.1.2 表面态效应
• 2.1.3 介电限域效应
• 2.1.4 宏观量子隧道效应
• 2.1.5 小尺寸效应
• 2.2 稀土离子性质
• 2.2.1 稀土元素的电子结构
• 2.2.2 三价稀土离子的跃迁选择定则
• 2.2.3 稀土离子的发光特性
• 2.3 电子自旋共振的基本原理
• 2O₃:Ho/Yb 纳米晶的发光性质'>3 Y₂O₃:Ho/Yb 纳米晶的发光性质
• 3.1 样品制备与结构表征
• 3.2 尺寸系列样品的下转换发光与上转换发光
• 2O₃:Ho/Yb 纳米晶的上转换发光强度与激发密度的关系'>3.3 Y₂O₃:Ho/Yb 纳米晶的上转换发光强度与激发密度的关系
• 3.3.1 结果
• 3.3.2 讨论分析
• 3.4 本章小结
• 2O₃:Er³⁺/Yb³⁺低维纳米晶的合成与发光性质'>4 Gd₂O₃:Er³⁺/Yb³⁺低维纳米晶的合成与发光性质
• 4.1 低维纳米材料的合成
• 4.2 合成条件对产物形貌的影响
• 4.2.1 PH 值的影响
• 4.2.2 水热时间的影响
• 2O₃:Er/Yb 纳米晶的发光性质'>4.3 Gd₂O₃:Er/Yb 纳米晶的发光性质
• 4.3.1 样品形貌对发射光谱的影响
• 4.3.2 不同水热时间样品的上转换发光
• 2O₃:Er³⁺/Yb³⁺纳米线的发光特性'>4.4 Gd₂O₃:Er³⁺/Yb³⁺纳米线的发光特性
• 4.4.1 上转换发光
• 4.4.2 下转换发光
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 攻读硕士学位期间发表及待发表的论文目录
• 个人简历
• 致谢