稀土掺杂Ag-SiO2三维有序大孔材料的制备及其发光性能研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanghuayu1985
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近些年来,三维有序大孔材料(3DOM)的研究发展十分迅速,由纳米晶体相互连接组成的三维有序大孔材料具有独特的结构属性,如三维周期性和大的比表面积,这让它们可运用于催化、分离过滤和薄膜科学等领域。除了3DOM材料的结构特点,该材料还拥有独特的光学性质,如光子带隙特性,利用这一性质可以用来控制光的传播和制备基于折射率变化的传感器。通过对3DOM材料进行稀土掺杂,可以用来改善稀土离子光学性质的。稀土掺杂的3DOM材料可以运用于很多领域,例如:高效发光二极管、激光器、太阳能电池、光控开关以及光电调制器等。目前,对于稀土掺杂的3DOM材料的大量的研究多是集中在其独特的结构和光学特性上。然而,由于稀土离子掺杂的三维有序大孔材料自身结构存在表面缺陷多及稀土离子吸收弱等问题,导致其发光效率较低,这在一定程度上限制了其实际应用。因此,提高稀土掺杂的3DOM材料发光强度有利于拓宽其实际应用。本论文制备了稀土离子掺杂的Ag-SiO2三维有序大孔发光材料,研究了三维有序大孔材料中Ag的存在状态及其对稀土离子发光性能的影响。论文采用自组装方法和溶胶-凝胶法制备了Ag-SiO2三维有序大孔发光材料,研究了不同制备温度对Ag-SiO2三维有序大孔材料中Ag的存在状态及其发光性能的影响,实验结果表明,在SiO2:0.6mol%Ag三维有序大孔样品中,(1)当制备温度小于450℃时,Ag-SiO2三维有序大孔材料中Ag主要是以Ag+形式存在;(2)当烧结温度为大于450℃时Ag十逐渐转变成Ag+-Ag+,同时其中一部分的Ag+转变为Ag纳米颗粒,所以此时在SiO2 3DOM材料中银的状态主要以Ag+-Ag+和Ag纳米颗粒存在;(3)当烧结温度达到750℃时在SiO2 3DOM材料中只有Ag纳米颗粒。同时还研究了不同Ag掺杂浓度对650℃制备的Ag-SiO2三维有序大孔材料发光的影响。在280和345nm激发下,样品中Ag+-A g+发射峰强度随Ag浓度增加而先增后减,其主要原因是随着Ag浓度的增加Ag+-A g+的数量也增加。当Ag浓度为0.6mo1%时有最强发射。当Ag浓度达到0.8mol%时出现浓度淬灭。论文研究了550℃制备的Eu3+掺杂的Ag-SiO2三维有序大孔材料中Ag不同的状态对Eu3+离子发光性能的影响。结果表明,样品中存在着从Ag+离子和Ag+-Ag+到Eu3+离子的能量传递使的Eu3+离子的发光强度增加。此外,研究了750℃下制备的Eu3+掺杂的Ag-SiO2三维有序大孔材料中Ag纳米颗粒对Eu3+离子发光性能的影响。在样品中观察了Eu3+离子的荧光增强,其荧光增强是由于Ag纳米颗粒的表面等离子体效应引起的。最后,研究了750℃制备的稀土Tb3+离子掺杂的Ag-SiO2三维有序大孔材料中Ag纳米颗粒对稀土Tb3+离子的发光性质的影响。研究发现,Ag掺杂浓度对于Ag-SiO2:Tb3+ 3DOM材料中Ag的状态没有影响,Ag浓度的增加只是使最终形成的Ag纳米颗粒的数量增加。同时,在Ag-SiO2:Tb3+ 3DOM材料中还观察到了Tb3+离子的荧光增强,并研究了其荧光增强机理,其荧光增强是由于Ag纳米颗粒表面等离子体效应诱使Tb3+离子的辐射衰减速率的增加导致的。
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