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复合氧化物材料,因组成和结构上的差异,具有气敏、磁性、电导性、催化活性以及发光等性能,赋予它在信息、能源、电子、冶金、化工、航空航天、生物和医学等领域拥有广阔的应用前景。因而新型氧化物功能材料的组成、结构、功能设计、可控合成、组装和复合是近年的研究重心。
目前,纳米材料是当今世界的研究热门。纳米材料的电、光、磁以及化学性质非常依赖于它们的尺寸和形貌,当材料的尺寸进入纳米量级时,其本身所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应,使得它们具有块体材料所没有的一些特殊性质。
论文首先简单介绍了磁性纳米材料的研究进展及其常用研究方法、形貌控制合成的几种途径、发光二极管LED的发展及其相关荧光粉的研究状况。
基于不同的磁性质和不同的存在形式,磁性纳米微粒在各种不同领域都有潜在的应用价值,例如,音频扬声器中以铁磁流体形式存在,生物传感应用上的表面功能性微粒,磁存储介质中以微粒阵列形式存在,在电力产生、调节以及转换应用中是以粉末压紧物存在,医学应用中包括磁辅助的定点药物输运,核磁共振成像中的对比剂,以及可作为放射性材料的示踪剂。
利用简单水热反应,合成了NiFe2O4纳米微粒。用XRD、TEM、SQUID磁学测量系统等对产物进行了表征。研究了反应温度、起始pH值、反应时间等条件对产物形貌的影响,并研究了粒径与磁性的关系。
接着采用反相微乳液辅助的水热法,合成了球形NiFe2O4微粒,较好的控制了产物的粒径和形貌。在该合成体系中,观察到了β-FeO(OH)和含水铁镍的碱式碳酸盐(INCHH)纳米棒向Ni尖晶石铁氧体纳米颗粒的转变过程,研究了这一过程的机理。球形纳米颗粒的饱和磁化强度接近块体的NiFe2O4的饱和磁化强度。另外,在水热体系中添加表面封端剂(表面活性剂或聚合物PEG),也制得了NiFe2O4微粒。产物的分散较好,没观察到表面封端剂对产物形貌的显著影响。
用乙二胺四乙酸(EDTA)作表面封端剂,水热法制得了亚稳相的t-LaVO4纳米结构。结果表明,EDTA不仅是选择性合成m-LaVO4和t-LaVO4的关键因素,而且在t-LaVO4纳米结构的晶体分裂中扮演着重要的角色。通过改变反应条件,如EDTA/La3+物质的量比、La3+离子浓度和反应体系总体积,可以完成t-LaVO4纳米晶体的形貌可控合成。通过调节反应条件来控制晶体生长速率,达到了控制晶体分裂程度的目的,首次获得了束状和多刺球形的t-LaVO4。同时,在相似合成条件下合成了t-LaVO4∶Eu3+,其形貌不因少量Eu3+的掺入而改变,在近紫外光激发下,发射强的红光。
最后,在H2或CO不同还原气氛下,用高温固相法合成了Sr3-xEuxAl2O6荧光粉。当使用10%H2+90%N2作还原气氛时,不同温度下合成了Sr3-xEuxAl2O6荧光粉,在近紫外光激发下,发射主峰在513 nm的宽带绿光;而当使用CO作还原气氛时,合成的Sr3-xEuxAl2O6荧光粉在蓝光激发下,发射主峰在604 nm的宽带红光,均归因于Eu2+的d-f迁。探讨了H2或CO作还原剂所得Sr3-xEuxAl2O6产物的不同波长发射与Eu2+在Sr3Al2O6中占据不同的Sr2+晶体格位的关系。以H2作还原剂时,Eu2+占据SrOn(n=9、8和7)的格位,在近紫外光激发下发射绿光;以CO作还原剂时,Eu2+占据SrO6的格位,在蓝光激发下发射红光;初步分析认为这是动力学因素——表观活化能不同所致。制作了基于Sr3-xEuxAl2O6荧光粉的绿色LED和红色LED。