《不同掺杂离子的稀土纳米颗粒的制备研究毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不同掺杂离子的稀土纳米颗粒的制备研究毕业论文（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 贵州大学本科毕业论文 论文题目：不同掺杂离子的稀土纳米颗粒的制备研究 学 院：材料与冶金学院 专 业：材料物理 班 级：材物101 学 号：1008020184 学生姓名： 指导教师： 2014 年 5 月 13 日诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。 论文作者签名： 日 期： 目录摘要Abstract第一章 绪论11.1稀土纳米发光材料11.1.1发光材料的概述11.1.2发光的分类1 1.1.3发光机理11.2稀土纳米颗粒的研究现状21.2.1稀土纳米颗粒的
2、特性21.2.2 稀土纳米颗粒的用途4 1.3稀土纳米颗粒的合成方法61.4本课题研究的目的和意义7第二章 Gd2O3:RESiO2纳米颗粒的制备及性能研究92.1实验材料及设备92.2 检测方法及所用设备102.3.1马尔文高灵敏纳米粒度分析仪10 2.3.2 荧光分光光度计11 2.3实验步骤112.3.1 Gd2O3:RE的制备及表征11 2.3.2 Gd2O3:RESiO2的制备及表征12第三章 实验结果及分析讨论143.1 不同掺杂离子对纳米颗粒粒径的影响143.2 不同掺杂离子对纳米颗粒发光性能的影响 15第四章 结论19参考文献20致谢22 不同掺杂离子的稀土纳米颗粒的制备研究
3、摘要稀土具有光学、电学、声学、磁学等独特的性能，与现代纳米技术的复合和根据自己的需要控制形成性能更加优越的稀土纳米复合材料，目前，稀土纳米复合材料是材料科学领域之中的研究热点。本论文主要是针对稀土发光材料，实验采用的是多元醇法制备稀土氧化物纳米颗粒，即用二甘醇作溶剂，将氯化铕和氯化铽作为前驱液，与氢氧化钠和四丁基氢氧化铵在一定条件下进行反应，获得稀土离子（Eu3+、Tb3+）掺杂三氧化二钆的纳米颗粒。利用马尔文粒度分析仪对所得的Gd2O3掺杂Eu3+ (Tb3+)纳米颗粒进行了粒度测试，用荧光分光光度计对获得稀土纳米颗粒的进行激发光谱和发射光谱的检测，通过透射电镜对制备出来的纳米颗粒进行了形貌
4、表征和性能测试。制备出的这种稀土纳米发光材料在场发射领域有潜在的应用价值。关键词：稀土发光材料；稀土氧化物Gd2O3；氯化铕；氯化铽；多元醇法Preparation of Different Rare Earth Ions Doped NanoparticlesAbstract Rare-earth possess some special optical, electronic, acoustic, magnitic properties.And complex modern nanotechnology and superior performance of nanocomposites
5、control the formation of rare earth according to their needs,Currently, rare earth nanocomposite materials science research focus among. In this thesis, the core-shell structure of rare earth nanomaterials had been synthesized by coating. Rare-earth nanoparticles were prepared by polyol method. In t
6、his method, diethylene glycol(DEG) is used as solvent, gadolinium chloride and terbium chloride are used as precursor solution reacting with sodium hydroxide to synthesize nanocrystalline Gd2O3 Doped Eu3+ (Tb3+) Gd2O3：Eu3+(Tb3+).For trioxide gadolinium doped trivalent Tb3+ nanoparticles obtained exp
7、erimental uses Malvern particle size analyzer proceeding with the particle size test, uses fluorescent spectrophotometer to get nanoparticles excitation spectra and emission spectrum,and uses transmission electron microscope proceeding with structure and performance testing.Keywords:Rare earth lumin
8、escent materials;Gd2O3 Rare earth oxides;Europium chloride, anhydrous ;Terbium chloride;Polyols method第一章 绪论 1.1 稀土纳米发光材料1.1.1发光材料的概述当某种材料受到诸如光、外加电场或者电子束轰击等激发后，只要该材料不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态，在这个过程中，一部分多余的热量会通过热或者光的形式释放出来，如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波的形式发射出来的，这种现象就是发光1。即发光是物体通过某种方式所吸收的能量在不通过热阶段而直接转化为非平衡辐射的一种
9、现象，这种发光的材料称为发光材料。1.1.2 发光材料的分类按被激发方式的不同可将发光分为不同的类别，如光致发光、电致发光、阴极射线发光、化学发光、生物发光和摩擦发光等1。光致发光主要是利用光来激发发光体引起的发光现象；电致发光是将电能直接转换成光能的现象；阴极射线发光发光物质在电子束激发下所产生的发光；化学发光是化学反应过程中释放出的能量激发发光物质所产生的发光现象；生物发光是在生物体内生命变化的过程中，相应的生化反应释放出的能量激发发光物质所产生的发光现象；摩擦发光是由机械应力激发发光物质所产生的发光现象。1.1.3发光机理 发光其实就是物质对能量的吸收、储存、传递以及转化的结果。发光材料
10、包括基质和激活剂，如本论文掺杂实验中Gd2O3：Eu3+ (Tb3+)，Gd2O3为基质，Eu3+ (Tb3+)为激活剂。激活剂吸收激发光的能量变为激发态，然后从激发态回到基态产生发光。物体的发光一般可分为两类：一、物质受热，吸收热能，继而产生热辐射而发光；二、物体内部原子受激发产生能态的跃迁，从基态跃迁至某一激发态，在返回基态的过程中，通过光辐射的形式将能量释放出来。稀土元素的发光属于第二种，这是由稀土元素原子的电子构型所决定的。稀土离子内部有丰富的4f 能级，其电子构型中存在众多的4f 轨道，这为多种能级的跃迁创造了条件，稀土离子在受到激发后通过这些能级间的跃迁发出不同波长的光。另外稀土离
11、子的4f 电子壳层处于5s25p6 壳层之内，以Eu3+ (Tb3+)元素为例，Eu3+ (Tb3+)的4f 电子壳层受s和p壳层的有效屏蔽而减弱或者消除外界对其产生的干扰，因此稀土离子就算处于晶体结构中也只会受到晶体场的微弱作用而形成特有的类原子性质，稀土离子的发光性能较为稳定，特别是三价的稀土镧系离子最为稳定。1.2稀土氧化物纳米颗粒的研究现状 目前，无论稀土纳米材料的生产，还是其应用已成为当今世纪的焦点，原因在于它集稀土特性和纳米特性于一体，开创出稀土非纳米材料和非稀土纳米材料所不具有的综合优良特性，其应用前景广阔2,3。稀土是一个巨大的发光材料宝库，在人类开发的各种发光材料中，稀土元素
12、发挥着非常重要的作用。镧系稀土元素的结构非常特别，当其失去两个6s和一个5d或4f电子后，形成最常见的Ln。稀土发光材料具有诸多优点：能量吸收能力强，转换率高；荧光寿命长，其寿命可从纳秒级到毫秒级；可发射从紫外光到到红外光的光谱，并在可见光区有较强的发射能力；物理化学性能稳定，可承受高能射线、大功率电子束及强紫外光子的作用而不发生性能上的改变。也正因为稀土发光材料具备这些普通发光材料所不具备的性能，而大受外界关注。稀土纳米氧化物是稀土纳米材料的一个重要组成部分，由于它具有特殊的物理化学性质，所以将是21世纪的新材料。1.2.1稀土氧化物纳米颗粒的特性（）基本物理效应 稀土氧化物纳米微粒拥有较大
13、的比表面积，表面的表面张力、原子数和表面能随粒径的下降而增加，表现出显著的小尺寸效应、量子尺寸效应、小表面效应以及宏观量子隧道效应等特点，从而致使纳米颗粒的光、热、磁、敏感特性和表面稳定性等性能不同于正常粒子3,4，这些效应如下：（1）小尺寸效应 当超细微颗粒的尺寸与光的波长、德布罗意波长超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相差不大或更小时，会使晶体原有的边界条件及周期性被破坏，形成非晶态的纳米颗粒，其表面层附近的原子密度减小，最终将会导致声、电、光、磁、热力学等性能发生严重的变化，呈现出一种新的小尺寸效应4。例如，超导相向正常相得转变，磁的有序态向无序态转变。（2）量子尺寸效应当粒子的量
14、子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级将由准连续变为离散能级的现象以及纳米半导体微粒中存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级从而使能隙变宽的现象称为量子尺寸效应4。（3）小表面效应纳米颗粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占有相当大的比例4。随着粒径的减小，表面原子数增加。由于表面原子数增多，导致原子配位不足，加上粒子具有高的表面能，这使得表面原子具有高的活性，极不稳定，从而很容易与其他原子结合。（4）宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿能垒的能力称为隧道效应。近年来，人们又发现了一些宏观量，如量子相干器件中的磁通量、微颗粒的磁化强度等亦有隧道效应，因此被称为宏观的量子隧道效应4。（）光学特性纳米颗粒可表现出与同质大块物体所不同的光学特性，例如，宽频带、强吸收、蓝移现象以及新的发光现象4,5，从而决定了其可用于光反射材料、光存储、光开关、光通讯、光导体发光材料、光过滤材料、光学非线性元件等领域6。（
