稀土上转换发光纳米材料的制备和性能研究

摘要 ............................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................. I I 目录 ............................................................................................................................................ IV 第1章绪论 (1)

1.1纳米材料的简介 (1)

1.1.1纳米材料的定义和分类 (1)

1.1.2纳米材料的特殊性质 (1)

1.2稀土上转换发光纳米材料 (2)

1.2.1上转换发光纳米材料的简介 (3)

1.2.2上转换发光纳米材料的组成 (3)

1.2.3上转换发光纳米材料的种类 (4)

1.2.4上转换发光纳米材料的发光机理 (4)

1.2.5上转换发光纳米材料的性质 (5)

1.2.6上转换发光纳米材料的合成方法 (5)

1.2.7上转换发光纳米粒子表面修饰改性 (7)

1.2.8上转换发光纳米材料的应用 (8)

1.3本论文的研究意义和内容 (10)

1.3.1研究意义 (10)

1.3.2研究内容 (10)

第2章水热法水相合成NaGdF4:Yb,Er纳米粒子及其性质研究 (12)

2.0引言 (12)

2.1实验部分 (13)

2.1.1实验原料 (13)

2.1.2合成用仪器 (13)

2.1.3样品的合成过程 (14)

2.1.4结构与性能表征 (14)

2.2实验结果与讨论 (15)

2.2.1晶体结构与物相分析(XRD) (15)

2.2.2微观形貌分析(TEM) (15)

2.2.3表面性质分析(DLS Zeta) (16)

2.2.4红外光谱分析(FT-IR) (17)

2.2.5光学性质分析(PL) (17)

2.2.6不同反应条件对纳米粒子性质的影响 (18)

2.3本章小结 (25)

第3章水热法油相合成NaGdF4:Yb,Er纳米粒子及其性质研究 (26)

3.0引言 (26)

3.1实验部分 (26)

3.1.1实验原料 (26)

3.1.2合成用仪器 (27)

3.1.3样品的合成过程 (27)

3.1.4结构与性能表征 (28)

3.2实验结果与讨论 (28)

3.2.1晶体结构与物相分析(XRD) (28)

3.2.2微观形貌分析(TEM) (29)

3.2.3表面性质分析(DLS, FT-IR) (29)

3.2.4表面元素分析(XPS) (30)

3.2.5光学性质分析(PL) (32)

3.2.6不同反应条件对纳米粒子性质的影响 (33)

3.2.7反应条件影响NaGdF4:Yb,Er纳米粒子发光性能的机理 (40)

3.3本章小结 (40)

第4章热分解法合成NaGdF4:Yb,Er纳米粒子及其性质研究 (42)

4.0引言 (42)

4.1实验部分 (42)

4.1.1实验原料 (42)

4.1.2合成用仪器 (43)

4.1.3样品的合成过程 (43)

4.1.4结构与性能表征 (43)

4.2实验结果与讨论 (44)

4.2.1晶体结构与物相分析(XRD) (44)

4.2.2微观形貌分析(TEM) (44)

4.2.3表面性质分析(DLS FT-IR) (45)

4.2.4光学性质分析(PL) (45)

4.2.5热处理对NaGdF4:Yb,Er纳米粒子光学性质的影响 (46)

4.3本章小结 (47)

第5章水热法合成ZnO:Yb,Er纳米粒子及其性质研究 (48)

5.0引言 (48)

5.1实验部分 (48)

5.1.1实验原料 (48)

5.1.2合成用仪器 (48)

5.1.3样品的合成过程 (49)

5.1.4结构与性能表征 (49)

5.2实验结果与讨论 (49)

5.2.1晶体结构与物相分析(XRD) (49)

5.2.2微观形貌分析(TEM) (50)

5.2.3表面性质分析(DLS Zeta) (51)

5.2.4光学性质分析(PL) (51)

5.3本章小结 (52)

第6章结论 (53)

参考文献 (55)

个人简介、申请学位期间的研究成果以及发表的学术论文 (61)

致谢 (62)

第1章绪论

1.1纳米材料的简介

在20世纪末，各项检测和表征方法不断进步。随之，纳米技术也获得了充分发展和长足进步，充分验证了当年著名科学家Richard Feynman先生[1-2]的设想，即通过控制物质的微观尺度，进而改变物质的理化性质。此后几十年，研究人员对于纳米技术进行了理论和实验的探索，结合多种学科，逐步构建出了比较完备的科学研究体系。当代，纳米技术被广泛应用于材料，生物，物理，医学，化学等诸多学科，具有极大的应用前景[3-4]。

1.1.1纳米材料的定义和分类

纳米材料作为纳米技术领域的基石，呈现出许多与传统的宏观材料截然不同的理化性质。通常将纳米材料定义为由纳米级（1-100 nm）的基本组成单元在一维或者更多的维数上所构成的材料[5]。

根据在三维空间中自由空间维数的不同，纳米材料通常被归纳为3种不同的类别[3,6]：

（1）零维，即在三维空间中，3个维度均处于纳米尺度范围里面，如纳米粒子团簇，纳米微粒等；

（2）一维，即在三维空间中，在纳米尺度范围里面只有2个维度，其余1个维度在纳米尺度范围的外面，如纳米丝，纳米管，纳米线，纳米棒等；

（3）二维，又被称之为量子阱，即在三维空间中，在纳米尺度范围里面只有1个维度，其他2个维度在纳米范围之外，如超晶格等。

因为不同空间维数的纳米材料合成要求和性质不一致，所以必须探索出适合的合成工艺，才能获得所需的纳米粒子，可以进行进一步的研究。

1.1.2纳米材料的特殊性质

由于纳米粒子是由一定数量的微观粒子组成的，并且粒子的尺度远小于一般的传统宏观材料，所以它的表面原子数在所有的粒子中所占的比例很大，表面能和内部电子分布有异于传统宏观材料，继而产生了一系列有别于传统宏观材料的特殊性质。主要表现[5,7]为：

（1）表面效应

表面效应[8]是指在纳米粒子尺寸减小的过程中，纳米粒子的比表面积远远大于传统