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低维纳米材料是多学科研究的前沿和热点,由于这类材料在微电子、光电
能量转换、图像技术、传感器、薄膜覆盖和环境治理等方面的广阔应用前景而
备受关注。薄膜材料具有较其粉体材料更优异的光、电、磁和催化性能,纳米
薄膜则以其更加突出的性能而激发了人们的研究兴趣。本文将二者结合起来,
开展了低维纳米材料的合成、结构、性能和机理研究,并在胶束模板诱导合成,
纳米薄膜的制备、形貌、结构和发光性能等方面取得了重要进展,尤其是发现
了纳米复合薄膜的荧光增强/减弱转换效应,为光电转换器件打下了基础,具有
重要的科学价值和实际意义。
本文探讨用反相胶束法合成低维纳米硫化物,得到了直径160nm~240nm
的Sb2S3准纳米圆球和纵横比高达90左右的HgS纳米线,这既为纳米润滑科学
和纳米半导体器件提供了重要的基本材料,又为下一步钨酸盐纳米粒子和薄膜
的制备提供了简便的方法。
在纳米硫化物研究的基础上,对IIA族金属钨酸盐纳米粒子的反相胶束合成
方法进行了探索,合成出了粒径约100nm的CaWO4和SrWO4纳米粒子、平均
直径约100nm,长度最大可达几个微米的BaWO4纳米棒。并对产物的形貌、结
构和光学性能进行了分析表征。荧光分析结果表明,当采用290nm激发时,
CaWO4、SrWO4和BaWO4纳米粒子的发射峰位置分别位于338、350和334nm,
相对于体相材料分别蓝移了82、70和86nm,显示出纳米材料特有的量子尺寸
效应。
以自制的CaWO4、SrWO4纳米粒子和BaWO4纳米棒为涂膜材料,结合热
分解法和浸渍—提拉技术,成功制备出ⅡA族金属钨酸盐纳米薄膜。首次将胶棉
液作为分散剂和成膜剂,大大改善了成膜质量。文中对产物的表面形貌、结构
进行了研究,并且对其红外、荧光光谱进行了表征。荧光分析结果表明,当采
用290nm激发时,CaWO4、SrWO4和BaWO4纳米薄膜的发射峰位置分别位于
409、392和390nm,分别相对于纳米粒子红移了71、42和56nm。另外,还探
讨了薄膜形貌与发光性能的关系。
为了对上面制备的CaWO4、SrWO4和BaWO4纳米薄膜的发光进行控制,本
文以TiO2为掺杂剂,首次制备出了具有荧光增强/减弱转换效应的AWO4(A=Ca,
Sr,Ba)-TiO2纳米复合薄膜。通过对它们的形貌、结构、光学性质和转换机制进
行研究后发现,TiO2添加量与荧光强度的关系符合下面的Gaussian分布曲线:(公式略)
TiO2纳米复合薄膜最大发光强度所对应的TiO2理论添加量分别为4.37%,3.93%
和3.85%,且与阳离子(Ca2+,Sr2+,Ba2+)的离子势呈正相关。
另外,为了论证TiO2对钨酸盐纳米薄膜荧光增强/减弱转换效应的普适性,
本文还以TiO2为掺杂剂制备出了CdWO4-TiO2纳米复合薄膜,考察了TiO2的
引入对CdWO4纳米薄膜发光性能的影响。研究发现,纳米TiO2掺杂CdWO4纳
米薄膜亦可达到荧光增强/减弱转换效果。由此可见,该方法完全可拓展到其它
钨酸盐薄膜体系。
关键词:反相胶束,金属硫化合物,金属钨酸盐,纳米材料,纳米复合薄膜,胶棉成膜剂,荧光增/减转换