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稀土掺杂低维纳米材料的合成及其发光特性研究

作　者: 德格吉呼
导　师: 秦伟平
学　校: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
专　业: 凝聚态物理
关键词: 纳米结构氟化物和氧化物发光制备
分类号: O482.31
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

低维纳米结构材料特有的光、电、磁和机械性能,在纳米器件和功能材料等诸多领域具有潜在的应用前景。众所周知,它们的这些性质与其结构、尺度、形貌和尺寸的依赖性非常大。因此,研究纳米结构材料形貌对其物理性质的影响是本论文的宗旨。由于稀土离子光谱学能够给出材料中微环境的改变对发光中心性质影响的信息,因此光谱学方法已经成为探索研究基质材料物理性质的一种重要手段。本论文成功地合成Yb^³⁺/Er^³⁺共掺杂的Y₂O₃纳米结构和六角形氟化镧纳米晶,Yb³⁺/Tm³⁺共掺杂的氟化钇和氟化镧纳米片,Eu³⁺掺杂的氟化钡微纳米棒等材料。此外,我们用光谱学方法研究了其结构和性质,如上转换荧光、选择激发、傅立叶红外光谱等等。下面更详细地介绍我们的工作:1.我们用水热法合成了Yb³⁺/Er³⁺共掺杂的立方Y₂O₃纳米管、纳米球和纳米片。此三种纳米结构具有很强的上转换发光特性。我们通过红外光谱和荧光光谱分别观察了荧光性质和荧光衰减特性。随着纳米管、纳米球和纳米片的变化OH^-基团对其发光性质是影响非常大。研究表明具有高振动频率的OH^-基团对它们的发光具有淬灭作用。2.我们用简单的水热法合成了尺寸比较小,分散性和结晶性较好的六变形LaF3:Yb³⁺,Er³⁺纳米颗粒。利用XRD测定样品的结构,TEM观察确定样品的尺寸和形貌,荧光光谱分析得知此样品为发纯绿光的理想材料,有望在生物识别上获得应用。3.我们合成了Yb³⁺/Tm³⁺掺杂浓度相同的不同基质氟化物材料。经上转换发光的研究发现小尺寸的片状结构氟化物材料为比较理想的紫外上转换发光材料。4.我们用微乳法调节的溶剂热法合成了掺铕的BaF₂:Eu微米棒和纳米棒。通过激光选择激发实验来确定了Eu³⁺离子在微米棒中只仅占一个格位。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章引言  9-32
  §1 纳米科学技术的提出  9-32
    §1-1 纳米材料的研究历史和发展趋势  10-14
    §1-2 纳米材料的研究方法  14-16
      §1-2-1 电子显微镜法  14-15
      §1-2-2 拉曼散射方法  15
      §1-2-3 X-射线方法（谢乐公式）  15-16
    §1-3 纳米固体的概念及其物理化学特性  16-20
    §1-4 纳米材料的合成  20-22
    §1-5 本论文的工作内容及研究意义  22-23
    §1-6 参考文献  23-32
第二章稀土离子的发光与光谱理论  32-47
  §2-1 多电子原子的状态和光谱项符号  32-35
  §2-2 三价稀土离子的能级和跃迁  35-42
    §2-2-1 三价稀土离子的基态光谱支项和4f_N 组态的能级结构  35-40
    §2-2-2 稀土离子电偶极跃迁的Judd-Ofelt 理论  40-42
  §2-3 光谱测量方法  42-47
第三章 Yb_(3+)/Er_(3+)共掺的Y_2O_3纳米结构及其上转换发光特性  47-59
  §3-1 Yb_(3+)/Er_(3+)共掺的Y_2O_3 纳米结构材料的合成  47-48
  §3-2 样品的测试  48
  §3-3 结果与讨论  48-55
  §3-4 本章小结  55-56
  §3-5 参考文献  56-59
第四章 Yb_(3+)/Er_(3+)共掺LaF_3纳米晶的合成及其上转换发光特性  59-65
  §4-1 LaF_3:Yb_(3+),Er_(3+)纳米晶的合成  59-60
  §4-2 样品的测试  60
  §4-3 结果与讨论  60-62
  §4-4 本章小结  62-63
  §4-5 参考文献  63-65
第五章 Yb~(3+)/Tm~(3+)共掺La(Y)F_3纳米结构及其红外至紫外上转换发光特性  65-77
  §5-1 Yb~(3+)/Tm~(3+) 共掺LaF3 纳米结构的合成  65-66
  §5-2 Yb~(3+)/Tm~(3+) 共掺YF3 纳米片的合成  66
  §5-3 样品的测试  66-67
  §5-4 结果与讨论  67-73
  §5-5 本章小结  73-74
  §5-6 参考文献  74-77
第六章 BaF_2:Eu 微米棒和纳米棒的自组装及其光致发光特性  77-87
  §6-1 BaF_2:Eu 微米棒和纳米棒的合成  77-78
  §6-2 样品的测试  78
  §6-3 结果与讨论  78-82
  §6-4 本章小结  82-84
  §6-5 参考文献  84-87
第七章结论与展望  87-89
  §7-1 结论  87-88
  §7-2 展望  88-89
攻读博士期间发表的论文  89-91
致谢  91-92

稀土掺杂低维纳米材料的合成及其发光特性研究

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