掺稀土多金属氧化物一维纳米结构的构筑与特性研究

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无机纳米发光材料已成为发光领域的前沿、热点研究方向。一维纳米结构发光材料由于其独特的形貌已引起人们的高度关注。多金属氧化物,如黄长石型铝酸盐,由于容易合成及物理化学性能稳定等优点,已经成为优异的发光基质。目前,已有很多关于该类型铝酸盐的报道,但利用电纺技术制备该类型铝酸盐一维纳米结构鲜见报道。电纺技术因其设备简单、经济高效、制得的产物形貌多元化等优点,已成为制备一维纳米结构的有效途径。因此,通过电纺技术制备黄长石型多金属氧化物发光一维纳米结构是一个有重要意义的研究课题。主要研究内容如下:1.通过电纺技术与高温氧化焙烧相结合,合成了CaGdAl3O7:Eu3+纳米纤维、纳米带和空心纳米纤维等下转换发光一维纳米结构,提出了三种一维纳米结构的形成机理,建立了其构筑新技术。CaGdAl3O7:Eu3+一维纳米结构为四方晶相,且都具有良好的荧光性能。在256 nm紫外光激发下,纳米结构主要显示590、619、657和705 nm的橙红色发射,由Eu3+的~5D0→~7Fj(j=1,2,3,4)跃迁引起。通过改变Eu3+的掺杂量、焙烧温度和纳米结构的形貌可以调节样品的荧光性能。2.采用静电纺丝技术与氧化焙烧相结合的方法,合成了CaGdAl3O7:Yb3+,Ho3+纳米纤维、纳米带和空心纳米纤维等上转换发光一维纳米结构。三种一维纳米结构均为四方晶相,在980 nm激光激发下,CaGdAl3O7:Yb3+,Ho3+纳米结构主要产生546 nm的绿光和659 nm的红光上转换发射,分别由Ho3+的~5F4/~5S2→~5I8和~5F5→~5I8跃迁引起。通过改变掺杂离子浓度、焙烧温度、泵浦功率及纳米结构的形貌,实现了可调的上转换发光性能。3.通过将静电纺丝技术与高温氧化焙烧相结合,构筑了CaYAl3O7:Tb3+,Eu3+纳米纤维、纳米带和空心纳米纤维等光色可调发光一维纳米结构。在243和256 nm紫外光激发下,CaYAl3O7:Tb3+,Eu3+纳米结构主要显示Tb3+的蓝光和绿光发射,以及Eu3+的橙红色发射。固定Tb3+浓度后,通过调控Eu3+的浓度,可以实现从绿光依次变为黄光、暖白光,最后到标准白光的多色发光,这一发现使CaYAl3O7:Tb3+,Eu3+一维纳米结构在彩色显示设备中有广阔应用前景。此外,固定Tb3+和Eu3+的浓度,改变焙烧温度和纳米结构的形貌也能适当调节纳米结构的发射光颜色。本文中基于电纺技术成功构筑了黄长石型铝酸盐基稀土下转换发光、上转换发光和光色可调发光一维纳米结构,取得了一些有意义的研究结果,为后续铝酸盐基一维纳米材料的研究和应用奠定了一定的基础。
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