几种碱土稀土氟化物超细纳米晶制备和发光性能地研究.pdf

Synthesis and Luminescence Properties of
Several Alkaline Rare Earth Fluoride
Ultrasmall Nanocrystals


Candidate Zhang Jie
Supervisor Professor Yang Qibin
College Faculty of Materials, Optoelectronics and Physics
Program Morpherlogy Evolution of Low Dimensional Nanomaterials
Specialization Materials Physics and Chemistry
Degree Engineering Master
University Xiangtan University
Date June 2012
湘潭大学
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摘要
稀土氟化物主要包括二元 REF3 和多元氟合物 AxREyFz (RE 为稀土元素,A
为碱金属和碱土金属),由于具有低的声子能量(<400 cm-1)和很好的光化学稳定
性,相比于氧化物发光材料来说,被认为是目前最好的一类基质材料。目前,稀
土氟化物纳米晶的一个前沿研究就是构建成生物荧光探针,用于生物荧光成像这
个领域。相对于半导体量子点和有机染料荧光标签而言,稀土氟化物上转换纳米
晶由于具有对生物组织细胞损伤小、低的背景荧光、高的信噪比和在生物组织中
深的穿透性的特点,从而显示出很大的优势。在本论文中,我们研究了几种稀土
氟化物纳米晶的控制合成,通过改变反应参数和调节镧系稀土元素掺杂的途径来
达到调制其形貌、尺寸、晶相和上转换发光性能,为其能够应用于生物荧光标签
领域提供了一定的理论依据,主要研究内容如下:
(1) 采用溶剂热法制备了高质量的超细单分散性的 Sr2LaF7 纳米晶,其晶粒
尺寸大约为 5 nm 左右。通过改变反应参数来调制晶粒尺寸与发光性能,如通过
改变反应前躯体溶液中的 NaOH 的用量,用来调制 Sr2LaF7 纳米晶的晶相,通过
3+
在 Sr2LaF7 纳米晶中掺杂 Yb ,用来促进纯的 Sr2LaF7 立方相形成。最后,通过
共掺杂 Yb3+/ Tm3+、Yb3+/ Er3+和 Yb3+/ Tm3+/ Er3+研究其上转换发光性能。
(2) 采用溶剂热法制备了高质量的具有面心立方结构的 SrYbF5、SrErF5 超细
单分散纯相纳米晶,平均晶粒尺寸大约为 10 nm 左右。通过 Tm3+掺杂,可以实
现强烈的红外光到红外光的上转换发射。
(3) 采用溶剂热法制备了高质量的超细单分散的 Ba2LaF7 纳米晶。详细探索
3+ 3+ 3+ 3+
了 Er 、Ho 、Tm 与 Yb 掺杂对其上转换发光性能的影响,研究表明 Ba2LaF7
纳米晶是一种光学性能优越的上转换基质材料。
关键字:上转换;单分散;碱土稀土氟化物;超细纳米晶
I
Abstract
Rare earth (RE) fluorides including REF3 and AxREyFz (A = Li, Na, K, Ca, Sr, Ba),
compared with RE oxides, are of low phonon energy (< 400 cm-1) and nice
photochemistry stability, so they are considered as the best matrix materials. At
present, a cutting-edge rese