表面活性剂对稀土发光材料形貌性能影响的研究

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稀土资源是我国的优势战略资源,实现稀土的高价值开发利用是我国近年来的紧迫战略目标。稀土发光材料是稀土资源应用最为广泛的应用领域,其4f电子组态结构丰富、发光性能优越、光色丰富、亮度强,且能够应用在照明、显示器材、防伪、农业生产和生物标记及临床治疗领域,是具有广大应用潜力的新型功能材料。在开发利用稀土纳米发光材料的过程中,形貌优良均一、粒度均匀、性能优异的稀土纳米发光材料的合成工艺,仍是化学和材料研究人员要解决的重大问题。表面活性剂作为软化学溶液法合成纳米功能材料过程中至关重要的影响因素,其在反应过程的作用及影响机理的研究能够为日后开发高效节能的纳米稀土材料合成工艺提供有力的理论指导,而这方面的研究尚不完备,因此对这一理论问题的研究是非常有价值的。本论文以表面活性剂在水热合成工艺中对稀土铕掺杂钒酸钆GdVO34:Eu+荧光粉形貌和发光性能的影响为研究对象,分析了晶体结构的形成机理和发光性能的变化规律。本论文分为六块内容,主要内容如下:(1)采用水热合成法成功合成了铕掺杂的钒酸钆荧光粉(GdVO34:Eu+)讨论了pH值对产物形貌和发光性能的影响。在pH<13时得到了单相GdVO34:Eu+产品,而pH>13时得到了Gd(OH)3第二相物质,SEM和TEM图片显示GdVO+4:Eu3荧光粉随着pH值升高而发生形貌演变,过程为球状大颗粒→八面体大颗粒和棒状颗粒→鹅卵石形→椭圆形→米粒形→八面体小颗粒与不规则纳米颗粒共存。产物的发光性能表现出Eu3+的特征发射峰,最强峰位于618纳米处的5D0→7F2跃迁,强度随形貌发生变化。(2)采用CTAB辅助的水热合成法在不同的pH值下,得到了不同形貌的GdVO34:Eu+荧光粉产品。发现通过改变反应溶液pH值和CTAB加入量可以得到晶粒尺寸可调、形貌变化多样的GdVO34:Eu+荧光粉产品。光谱结果表明,产物以Eu3+的5D70→F2跃迁发光为主,掺杂的Eu3+离子主要处于非反演对称中心Gd3+格位上。荧光粉在314nm紫外光照射下应主要发出红色光。其发光性能随产品尺寸和结晶度变化显著。(3)采用TTAB辅助的水热合成法在不同pH值下,合成了不同形貌的GdVO+4:Eu3荧光粉。发现通过改变反应溶液pH值和TTAB加入量可以得到晶粒尺寸可调、形貌变化多样的GdVO4:Eu3+荧光粉产品。关于GdVO4:Eu3+荧光粉的发光性能系统研究表明,GdVO4:Eu3+荧光粉的发光性能与其结晶度和颗粒尺寸有关。良好的结晶度能够增强GdVO4:Eu3+荧光粉的发光性能。(4)采用DTAB辅助的水热合成法在不同的pH值下,合成了从微米尺度到纳米尺度的一系列钒酸钆荧光粉。结果表明,在强酸环境下,晶体颗粒较大,为微米级,随着pH值的提升,产品晶体颗粒尺寸变小,进入纳米级。另外pH=7时观察到更为微小的小晶粒团,相比之下碱性环境下纳米晶片的结晶度较高。发光性能测试表明,样品发光性能随晶粒尺寸和结晶度变化显著。纳米尺度结晶良好的产品发光性能优异。(5)采用水热合成法在宽pH值范围内,在加入SDS或不加入SDS时,都得到了纯相的不同形貌的GdVO34:Eu+晶体。实验结果显示,pH值决定了GdVO+4:Eu3晶体的成核率,而表面活性剂影响着晶体生长方向,当SDS浓度较低时,晶体的定向生长被改变了。当SDS的浓度较高时,在溶液中形成胶束。胶束的形状直接影响着产物的最终形貌。产物的发光性能说明,不同形貌导致了不同的发光性能。(6)采用PVA辅助的水热合成法,在不同pH值的条件下,成功制备了不同形貌特征的GdVO34:Eu+荧光粉晶体。发现反应溶液的pH值和表面活性剂PVA对产品形貌的变化起了很关键的作用。发光性能测试表明不同形貌的产品具有不同的发光性能,结晶度高的产品的发光性能较好。
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