掺杂型稀土发光材料的合成与表征.doc

掺杂型稀土发光材料的合成与表征 本文综述了掺杂型稀土发光材料的研究进展情况，总结了掺杂型稀土发光材料的制备方法和表征手段，并着重介绍了几类掺杂型稀土发光材料，分别是掺杂型无机稀土发光材料（又可分为单掺型无机稀土发光材料和多掺型无机稀土发光材料）、掺杂型稀土高分子发光材料、掺杂型稀土纳米发光材料，通过对每种发光材料分别举一个或几个典型例子来对其的发光性质等表征进行简要介绍，最后对稀土发光材料的未来趋势进行展望。 掺杂型稀土发光材料；制备方法；表征手段；高分子发光材料；纳米发光材料元素周期表中从原子序数57～71的15个镧系元素加上钪和钇共17个稀土元素无论它们被用作发光(荧光)材料的基质成分还是被用作激活剂共激活剂敏化剂或掺杂剂的发光材料一般统称为稀土发光材料或稀土荧光材料。由于稀土离子特殊的4f电子组态能级、4f5d能级及电荷转移带结构使稀土发光材料的吸收、激发和发射光谱展现出范围很宽且内涵丰富的光学光谱和发光特性从真空紫外延伸到近红外光谱区构成取之不尽的光学宝库[1]。而稀土离子作为掺杂剂掺杂到各种材料中就构成了掺杂型稀土发光材料，其掺杂机理复杂多样。以下仅对掺杂型稀土发光材料的制备方法、表征手段及三种主要类型的掺杂型稀土发光材料作简要介绍，并分别举例说明这些材料的发光性质。 2.1 高温固相法 高温固相法是合成发光材料用的最多的一种方法。这种生产工艺相当成熟在反应条件控制、还原剂的使用、助熔剂的选择、原料配制和混合等方面都已日趋优化。首先将满足纯度的原料按一定化学计量比称量，并加入一定量的助熔剂充分混匀，在还原气氛中焙烧，经粉碎、过筛即得所需的一系列发光材料。这种方法反应效率高，合成材料结晶化程度高，化学稳定性好但传统的高温固相反应也存在很多的弊端例如产物容易集结成硬块, 材料的发光中心在后续过程容易遭到破坏引起光衰等。因而稀土掺杂型发光材料的制备技术研究成为热点课题某些化学物理方法和新技术的出现为掺杂型稀土发光材料提供了新的合成手段[2]。 .2 溶胶—凝胶法 溶胶—凝胶法是一种湿化学合成方法是将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝形成溶胶溶质聚合凝胶化再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分最后得到无机材料此法几乎适用于所有发光材料的合成传统的溶胶—凝胶法可分为水溶液溶胶—凝胶法和醇盐溶胶—凝胶法两种后者更为常见目前溶胶—凝胶法的起始原料比较灵活多变许多无机盐也可作为先驱物。与传统的高温固相反应相比溶胶—凝胶法有以下优点产物的均匀性好使激活离子能均匀地分布在基质晶格中烧结温度低节能产物纯度高溶剂在后处理过程中易被除去能最大程度抑制副反应。此法缺点是原料成本高处理工序长高温热处理时颗粒容易团聚并且醇盐对人体有害对环境造成污染内蒙古师范大学的娜米拉、王喜贵等教授用溶胶—凝胶技术制备Eu3+、V共掺杂的硅基发光材料并研究了材料的组成晶型、结构等与发光性能的关系以及离子之间的相互作用[3].3 燃烧合成法 燃烧合成法又称为“自蔓延高温合成法”[4]。在燃烧合成反应中反应物达到放热反应的点火温度时以某种方法点燃,随后依靠原料燃烧释放出的热量来维持反应系统处于高温状态使合成过程独自维持下去直至反应结束燃烧产物即为目的产物常用的燃料有尿素、氨基酸等。此法主要优点节能省时反应速度快通常在秒分级反应过程中可蒸发掉挥发性杂质产物纯度高升温和冷却速度很快易获得高活性的亚稳态产物燃烧过程中产生大量气体便于制得超细粉体设备简单操作方便主要缺点是点火温度难以控制单釜产量很小不易进行大规模工业化产生烟雾和粉尘造成环境污染万体智教授等[5]将硝酸锶、硝酸铝与氧化铕、氧化钇的硝酸溶液混合加入尿素和硼酸通过硝酸盐和尿素燃烧反应得泡沫状SrAl2O4Eu2+,Dy3+粉体.4 微波合成法 微波合成技术发展迅速已被广泛用于制备掺杂型稀土发光材料。微波加热热惯性小可快速升温与降温并可在不同深度同时加热且加热均匀装置构造简单成本低廉热转换效率高节能能在短时间、低温下合成纯度高、粒度细、分布均匀的材料加热不受样品尺寸影响可减小过程中引起裂纹的热应力设备本身不辐射热能不会造成高温工作环境但目前微波加热的某些机理还不太清楚有待进一步研究李沅英教授等[6]用盐酸溶解稀土氧化物经草酸沉淀、洗涤、过滤、烘干与碳酸钠、硫磺、(NH4)2HPO4混匀装入坩埚加盖后放入大坩埚中填充氧化铁后微波反应冷却后重复上述过程得粉晶状Y2O2SEu3+。 李玮捷等[7]将稀土氧化物和助熔剂混匀,于微波炉中反应后简单处理得Y2O3Eu红粉.5 共沉淀法 共沉淀法又称为“化学沉积法”、“前驱化合物法”是以水溶性物质为原料通过液相化学反应生成难溶物质从水溶液中沉淀出来经过洗涤、过滤、焙烧热分解而制得超细粉体材料方法此法操作简单、流程短、能直接得到化学成分均一的粉体材料且可精确地控制粒子的成核与长大得到