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稀土磷酸盐和氟化物在光学领域有着重要的应用价值,对它们的纳米材料的制备和光学性质研究已成为令人关注的课题。本论文研究了稀土磷酸盐一维纳米结构材料和氟化铈纳米晶的制备,并研究了LaPO4:Ce3+,LaPO4:Eu3+纳米棒和CeF3纳米晶的光学性质。
首先,在不同体积比的水与2-吡咯烷酮混合溶液中合成了不同尺寸分布的LaPO4纳米棒,重点研究了纯水溶液中合成的LaPO4纳米棒的形成机理和LaPO4:Ce3+,LaPO4:Eu3+纳米棒的光学性质。研究结果表明:在混合溶剂体系中,2-吡咯烷酮未对纳米棒进行修饰,其对纳米棒尺寸的影响来自于其对溶剂极性的贡献,增加的溶剂极性导致纳米棒更显著地各向异性生长;在纯水溶液中合成的纳米棒是由最初形成的辐射状纳米棒聚集体分解而成,该体系合成的LaPO4:Ce3+,LaPO4:Eu3+纳米棒展现了不同于其它相应的纳米材料的光学性质,其中LaPO4:Ce3+纳米棒的荧光量子产率高达35%,说明可以以简便易行的一般沉淀法来得到较好发光效率的LaPO4:Ce3+一维纳米材料。
其次,合成了一系列从Ce到Lu,Y的一维或具有一维分枝结构的稀土磷酸盐纳米材料。研究结果表明稀土磷酸盐纳米材料的形貌随结构的转变表现出巨大差异,六方结构的稀土磷酸盐形成纳米棒或纳米线,而四方结构的稀土磷酸盐则展现出明显的一维分枝结构。对四方相YPO4一维分枝材料的专门研究表明这种一维分枝的形成与反应初期形成的纳米丝线和纳米粒子的聚集有关,而反应初期形成的纳米粒子可能是由纳米丝线纠结融合形成。这项研究揭示了四方相稀土磷酸盐存在各项异性生长优势,为合成四方相一维稀土磷酸盐纳米材料提供了新思路。
最后,我们以氨三乙酸作稳定剂在水溶液中合成了CeF3纳米晶,并研究了其胶体溶液的光学性质。研究结果表明在不同的Ce:F投料比(1:1和1:3)下,可以制备出形貌不同的CeF3纳米晶,这些纳米晶在水中水解,导致发射峰增强,半峰宽变窄,峰位发生红移。这一研究工作有助于进一步制备较好发光效率的的CeF3蓝紫色发光纳米材料。