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1.2 硅酸钇材料研究进展
发光材料在人们日常生活中用途广泛,在医疗、军事、建筑、交通等领域都发挥着重要作用。由于传统的发光材料有着发光亮度低、时间短、污染环境严重等缺点，限制了其应用范围和数量。近年来，各种新型显示技术不断进步对荧光粉也提出了更高的要求。
稀土纳米发光材料表现出了诸多异于传统的体相发光材料的特点：物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束，高能辐射和强紫外光的作用，同时，我国是举世公认的稀土资源大国，占世界已探明稀土资源的一半。使得稀土成为探寻高新技术发光材料的主要研究对象。目前，稀土发光材料广泛应用于照明、显示、显像等各个领域，形成了很大的市场规模。
在纳米晶体中，硅酸盐是好的载体，具有高的化学稳定性和热稳定性，因而被广泛用作阴极发光荧光粉。Y2SiO5晶体有两个不同的单斜结构：X1型：空间组P21 / C和X2型：空间组B2/b型。对纳米材料的发光性质研究结果表明，对于一个给定的Eu3+的含量，X2型结构比X1型结构具有更高的光发射强度，但是X1结构可以提供更好的光致发光的温度效应。稀土激活Y2Si05的发光性能研究已经持续了几十年，并在此过程中不断地取得进展。硅酸钇还是一种良好的光学基质材料，主要有三种晶体结构，且具有高熔点、低线性膨胀系数、耐化学腐蚀、热稳定性以及优良的机械强度等物化性能，在光学基质材料和介电材料等领域有广阔的应用前景[12]。在晶体中掺入不同的稀土或过渡金属离子可以具有不同的功能，并呈现出许多优异的特性。硅酸钇是一种应用前景广阔的多功能材料。其应用主要有高温领域，光学领域，为电子领域。
随着掺入稀土的不同, Y2SiO5材料的功能也随之改变。硅酸钇材料具有良好的化学稳定性和热稳定性, 被广泛作为发光材料的基质。当前研究较多的主要是以 Y2SiO5 为基质的发光材料, 如 Er3+: Y2SiO5、Cr4+: Y2SiO5、 Ce3+: Y2SiO5、 Eu3+: Y2SiO5 及 Tb3+: Y2SiO5等。其中 Er3+: Y2SiO5是一种新型优良发光晶体, 它在高密度时域和频域光存储方面有潜在的价值。 国际上已用该晶体实现频域和时域的混合光存储, 在晶体的一个点上存储了一张元素周期表, 存储密度高达1.6∙103bit[13];以硅酸钇其他晶相为基质的材料研究也取得了部分成果。日本学者N. Taghavinia等对制备的Eu3+: Y2SiO7薄膜材料进行的性能分析表明,该材料在紫外光激发下具有较好的色饱和度和亮度值[14]。最近南洋理工大学 Q. Y. Zhang等对制备的Eu3+: Y2SiO7纳米颗粒的研究分析同样获得了较好的发光效果[15]。
目前工业使用的红色荧光粉虽然具有烧结温度低、节能等优点,但纳米Eu3+：Y2SiO5荧光粉的亮度不及微米粉[16]。 Pual J. Marhs、张慰萍等人都用溶胶凝胶法合成了50nm左右Eu3+：Y2SiO5 ,并发现当粒子尺寸下降到纳米尺度后,淬灭浓度相比于体材料有明显提高,而且高掺杂浓度的纳米样品发光亮度高,这预示高发光几率、高发光效率、高掺杂浓度可能同时存在于该材料中[9]。但迄今为止,关于纳米晶Eu3+：Y2SiO5的浓度变化对荧光性能的影响还有待深入的研究。
1.3 硅酸钇材料制备方法
稀土发光材料的合成方法较多,常用的有固相法、溶胶凝胶法、共沉淀法、溶盐辅助法高温烧结等方法。
溶胶凝胶法可以降低温度，并且不易团聚。它的主要特点是反应温度较低，反应是从溶液开始，易控制各组分比例，且各组分混合均匀性也好[17]；由于起始物质反应活性高，使烧结温度比较低，且制成物质颗粒小，发光效率高。但是它的缺点是，反应操作较复杂并且制备周期长，醇盐对人体也会造成伤害。但由于溶胶凝胶法可以降低反应温度，使用温和的反应条件，因此溶胶凝胶法也较多被研究和使用。