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稀土元素由于其独特的电子层结构,具有一般元素无法比拟的化学和物理性质,在生物成像、环境催化、照明与显示、光电转换等诸多领域得到了广泛的应用,被誉为新材料的宝库。稀土掺杂的微纳米晶发光材料更显示出化学稳定性高、抗荧光猝灭能力强,发射峰窄、低毒性、长寿命以及可调谐荧光发射波长等优点。目前,稀土微纳米发光材料的研究主要集中在新基质材料的开发、形貌调控、尺寸控制、发光机理研究、多色发光调控、表面修饰等。这些发光材料将在绿色照明光源、发光二极管(LED)、液晶显示、光信息传递、太阳能光电转换、X射线探测器、激光、纳米生物标记和传感器等领域存在广泛应用。Y3+离子具有全空的4f层,不会产生f-f跃迁而消耗能量,是比较合适的基质阳离子。在调研国内外研究现状的基础上,本论文选取以Y2O3,YBO3和YVO4为代表的稀土掺杂钇化合物作为研究对象,研究微纳米尺度下钇氧化物的尺寸、形貌控制,合成机理,微结构变化,生长动力学行为及其对光学性能的调控。主要结果如下: (1)应用新颖而简单的两相合成方法成功制备了Eu3+掺杂的Y2O3六棱柱。在合成过程中,油胺扮演了络合剂和碱性调节剂的双重角色。在优化实验条件的基础上提出了Y4O(OH)9(NO3)六棱柱可能的生长机理,且首次提出了从前驱物Y4O(OH)9(NO3)六棱柱到产物Y2O3六棱柱的拓扑学结构转变过程。通过调节反应系统中水与油胺的比例来调变Y2O3六棱柱的长径比。光致发光光谱表明Eu3+掺杂的Y2O3六棱柱发射出很强的红色光。通过调变Y2O3六棱柱的长径比和Eu3+的掺杂浓度,获得了最优的外量子效率,可高达65%。 (2)利用氨水的碱性、配位作用和刻蚀作用来控制合成Eu3+掺杂的Y2O3微米棒。通过调节水热反应的温度调变了Y2O3微米棒的长径比。随着水热反应温度的升高,微米棒的长度变小,直径则几乎没有变化,导致微米棒的长径比减小。时间截断的反应研究了微米棒的形成过程。温度是生长动力学中一个较容易控制的变量。温度主要影响反应速率,生成物的饱和度值和反应的平衡。当反应温度较低时,在反应物初始浓度相同的情况下,低温的时候,形成的晶核较少,晶种的浓度较低,在后续的生长过程中,较少的晶核逐渐生长,在反应物相同量的情况下,生成的微米棒较长。然后在高温的时候,形成大量的晶核,晶种的浓度较高,在后续的生长过程中,大量的晶核逐步长成为许多较小的微米棒。通过温度依赖和时间依赖的发光光谱和寿命比较了他们的发光特性。微米棒的长度越长,则发光强度越强。微米棒中电子跃迁速率较高,较高的辐射跃迁速率与形貌各向异性相关,并且依赖于其长径比。 (3)采用水热法制备了YBO3∶Eu3+红色荧光粉。以LiOH,NaOH,KOH为碱性调节剂,调节反应体系的pH=7或pH=8,得到不同形貌的YBO3∶Eu3+红色荧光粉。在反应过程中,加入前驱物中的碱不只做为矿化剂,也起来了表面活性剂的作用,在晶化过程中,抑制晶面取向生长,在动力学上影响产物的形貌。pH值可以影响溶质的溶解度,而且有可能改变生长基元的结构,最终改变晶体的形状和大小。碱金属离子可能通过改善荧光粉末的形貌提高其荧光性能。颗粒饱满、次级片层结构排列紧密且空隙均匀、颗粒分散性好的荧光粉末的荧光性能较优良。 (4)用水热法制备了Y1-xEuxVO4(x=0-0.10)纳米颗粒,通过调变水热反应的时间和温度来实现纳米晶粒度的动力学控制。当Eu3+掺杂浓度为5%时,纳米晶的动力学生长方程为D5=6.715+2.82×1010 t exp(-51.50/RT)。随着YVO4纳米颗粒尺寸的减小,a轴不变,c轴增大,则c/a增大, YVO4晶格体积膨胀并伴随着晶格对称性的提高。在紫外灯激发下,所有Eu3+掺杂的样品都发出很强的橙红色的光。纳米颗粒的发光强度和寿命强烈依赖于粒子的大小:随着纳米颗粒尺寸的减小,发光强度和寿命都有所降低。这种变化与纳米颗粒比表面积的减小和表面吸附物的减少导致的晶格对称性的增加有关。