无机纳米功能材料的制备和性能研究(2)

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（三）发光性能 15

四、结论 18

参考文献 20

致谢 21

一、引言

稀土元素在光、电、磁等方面具有独特的性质，因此被国内外科学家广泛的研究，也在新材料里独树一帜。而稀土发光材料更是在新材料里夺人眼球、引人注目。稀土掺杂纳米发光材料以其种类繁多、性能优异的特点，广泛应用于固体激光、信息显示、绿色照明、生物标记、光纤通讯等领域。[1]就国外的稀土发光材料研究而言，对其的研究进展每时每刻都在变化，并且随着科学技术的不断创新，以稀土元素激活或敏化的新型高效发光材料挑起了新材料的重担。在我国宽阔无垠的领土上，拥有着令人艳羡含量巨丰的稀土资源。因此作为一个稀土资源大国的我们，无论是储量，生产量还是出口量，在整个世界稀土资源中都占着不可或缺的作用。然而，由于我国目前稀土元素提取和处理等技术的不成熟，造成了稀土资源的低廉售外和肆意开采浪费。而作为富含稀土元素大国的我们，在新型稀土发光材料的研究与开发应用上具有深刻的意义。

（一）实验背景概述

1.稀土无机纳米发光材料的研究进展

众所周知，无机材料的本征性质决定它们的大小、形状、形态、组合物、和结晶度。因此，对新型无机稀土发光材料形状和结构的进一步探索已成为无机合成化学家的重要研究课题。所谓稀土纳米发光材料是指一种基质粒子的微粒直径大小在1～100nm的稀土发光材料，对于这种材料的研究正式进入科学家的眼中是在近几年时间内。纳米材料研究使人们在材料上的认识提高到了一个新的层次,它的特性将有助于开发新材料、新应用,带来新的技术革命。纳米微粒能够表现出与众不同的性质，如表面、小、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。[2]由此而知，受到这些特点的影响，纳米化的稀土发光材料无疑能够在原有优势特性上给稀土发光材料增加一系列新的光彩。[3]与常规的纳米材料相比，稀土纳米发光材料能表现出一系列新奇的性质，如：荧光寿命延长，红外吸收带宽化，光谱发生红移或蓝移，浓度猝灭。[4-6]从一方面来讲,纳米稀土材料的能级结构和荧光性能是人们从未探索的领域；从另一方面来讲,纳米稀土材料的发光中心和其他的纳米材料具有显著的不同。因此,稀土纳米发光材料的能级结构和光谱特性是令人很感兴趣的一个研究领域。在我国稀土资源富含的优势上，综合我国的纳米技术，制备出新型高效稀土无机纳米材料，这是一种挑战，也是一种机遇。而且近年来,无机发光材料在照明 (例如,日光灯和LED灯),显示器(如计算机和电视机),医学(X射线扫描)等方面扮演了一个关键的角色。[7]

2.稀土无机纳米发光材料的优越性

稀土元素能具有其独特性,主要是由于其不一样的电子组态。稀土元素的电子层构型一般是(Xe)(4f)n(5S)2(5p)6。稀土元素由于4f轨道的特殊性和5s、5p等轨道的存在而具有独特的光、电、磁等性能，被誉为新材料的宝库。[8]而且，正是稀土元素的4f电子层控制了稀土材料的发光性能。由于4f层电子数目的不同，稀土离子表现出不同的电子跃迁形式，由此也产生了极其丰富的吸收、放射光谱。[9]到目前为止，人们初步制备得到具有适合大小、良好形状和结晶度的无机纳米材料如氢氧化物纳米线/棒，纳米管，纳米片，[10-11]稀土磷酸盐纳米晶体，[12-15]纳米线/棒[16-18]纳米纤维。LnPO4（Ln=Y，La，Gd，Lu）具有高度的热稳定性和化学稳定性是由于Ln3+具有全空，半填充或完全填充的4f稳定电子层结构。LnPO4 (Ln3+=Y,La,Gd,Lu)被认为是发光材料的优秀主体组成部分。近年来，LnPO4化合物（Ln=Y，La，Gd，Lu）已被广泛的研究。