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摘 要

本文在综述稀土掺杂纳米发光材料的基础上，对Nd³ 掺杂的NaGdF₄纳米发光材料进行了研究。采用热分解法，通过控制油酸用量、反应温度、反应时间以及掺杂离子浓度等实验变量，研究样品的物理性能和发光性能。样品的物相、形貌利用XRD和TEM来分析。发光性能通过高灵敏度光谱仪表征。结果表明：在280℃下反应40min，使用12 ml油酸，Nd³ 的掺杂量为3%时，NaGdF₄发光强度最高。制备的NaGdF_4：Nd³ 为颗粒分布均匀的六方相结构。在808 nm光的激发下，出现了位于860 nm到900 nm和1060 nm的发射峰，能够匹配Nd³ 的⁴F_3/2→⁴F_9/2和4F_3/2→4I_11/2跃迁。

关键词：NaGdF₄ 发光材料 热分解法 Nd³

Preparation and Properties of NaGdF₄:Nd³

Luminescent Materials

Abstract

In this paper, Nd³ doped NaGdF₄ Nano-luminescent materials were synthesized by thermal decomposition method. The physical properties and luminescent properties of NaGdF₄:Nd³ nanoparticles were studied by control the amount of oleic acid, reaction temperature, reaction time and doping concentration of Nd³ . The samples are characterized by X-ray diffraction (XRD) which can detect phase, transmission electron microscope (TEM) whose function is observe samples’ morphology and high sensitivity spectrometer which can detect luminescence performance. The results are as follows, when 808 nm excitation light is used to excitated, ‌the amount of oleic acid is 12 ml, the reaction temperature is 280℃, the reaction time is 40 min, and the luminescence intensity of NaGdF4 samples doped with 3% Nd³ is the highest. The prepared NaGaF₄:Nd³ is a hexagonal phase with uniform particle distribution. Under the excitation of 808 nm light, emission peaks from 860 to 900 and 1060 nm appear, which can match the ⁴F_3/2→⁴F_9/2 and 4F_3/2→4I_11/2 transitions of Nd³ .

Key Words: NaGdF₄; luminescent materials; thermal decomposition method; Nd³

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 稀土发光材料‌简述 1

1.2.1 稀土离子的发光机理 1

1.2.2 稀土发光材料的应用 3

1.3 稀土掺杂纳米发光材料概述 4

1.3.1 纳米材料简述 4

1.3.2 Nd³ 掺杂纳米发光材料的研究现状 4

1.4 基质材料的选择 5

1.5 稀土掺杂纳米发光材料的制备方法 6

1.5.1 溶胶-凝胶法 6

1.5.2 沉淀法 7

1.5.3 水热法和溶剂热法 7

1.5.4 热分解法 8

1.6 论文研究的目的、意义和主要研究内容 9

第二章 实验研究方法 10

2.1 主要原料与试剂 10

2.2 主要仪器和实验设备 10

2.3 样品的制备 11

2.4 样品的测试与表征 12

2.4.1 X射线衍射(X-ray diffraction , XRD) 12

2.4.2 透射电子显微镜（TEM） 12

2.4.3 高灵敏度光谱仪 13

第三章 实验结果讨论 14

3.1 油酸的使用量对NaGdF₄:Nd³ 纳米颗粒性能的影响 14

3.1.1 油酸使用量对样品的相组成的影响 14

3.1.2 油酸使用量对样品发光性能的影响 15

3.2 反应时间对NaGdF₄:Nd³ 纳米颗粒性能的影响 16

3.2.1 反应时间对样品的相组成的影响 17

3.2.2 反应时间对样品形貌的影响 17

3.2.3 反应时间对样品发光性能的影响 18

3.3 反应温度对NaGdF₄:Nd^{3 ‌}纳米颗粒性能的影响 19

3.3.1 反应温度对样品的相组成‌‌的影响 19

3.3.2 反应温度对样品外观形貌的影响 20

3.3.3 反应温度对样品发光性能的影响 21

3.4 Nd³ 掺杂浓度对NaGdF₄:Nd³ 纳米颗粒性能的影响 22

3.4.1 Nd³ 掺杂浓度对样品的相组成的影响 23

3.4.2 Nd³ 掺杂浓度对样品发光性能的影响 24

第四章 结论 26

参考文献 27

致 谢 29

第一章 绪论

1.1 引言

稀土元素在发光方面具有一般元素无可比拟的优异性能，并广泛应用于各个领域，如：照明、生物医学、激光器、光催化、显示等^[1]。纳米尺度的化学、物理和材料研究自20世纪90年代以来发展迅猛，并且也出现了“纳米科学与纳米技术”的新的跨学科领域。稀土掺杂纳米发光材料是一种将纳米材料作为基质，将稀土发光离子掺杂其中作为发光中心的一种材料，既具备纳米材料与常规材料所不同的物理化学性质，又能够拥有稀土离子优异的发光性能，与传统的稀土发光材料相比具有十分广阔的前景和更加出色的应用，近年来逐渐受到越来越多人的重视。

1.2 稀土发光材料

1.2.1 稀土离子的发光机理

如图1-1所示，稀土元素即钪、钇和镧系元素。表1-1列出了稀土原子的电子层结构。

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