稀土纳米发光材料的合成研究

第24卷第1期稀　　土Vol.24,No.1

2003年2月ChineseRareEarthsFebruary2003

稀土发光材料的合成方法

1,2

3*

4

4

X

孙彦彬,邱关明,陈永杰,耿秀娟,代少俊

5

(1.东北大学,辽宁　沈阳　110006;2.吉林大学,吉林　长春　130026;

3.长春光机学院,吉林　长春　130022;4.沈阳化工学院,辽宁　沈阳　110021;5.盐城工学院,江苏　盐城　224003)

　　摘　要:综述了目前国内外稀土发光材料的几种合成方法,包括传统的高温固相反应法、几种软化学法(溶胶-凝胶法、低温燃烧法、水热合成法、缓冲溶液沉淀法)和物理合成法(微波辐射合成法,CO2激光加热气相沉积合成法)。总结了每种合成方法的优缺点,并对稀土发光材料新的合成方法进行了展望。

关键词:稀土;发光材料;合成方法

中图分类号:O614.33　　文献标识码:A　　文章编号:1004-0277(2003)01-0043-06

　　自从20世纪70年代灯用稀土荧光粉商品化以来,发光材料的研究进入了一个新的阶段。由于稀土发光材料具有许多优良的性能和广泛的用途,目前已成为发光材料研究的一个热点。新的稀

摘要

在过去的二十多年里，金属-有机骨架（MOFs）材料作为一类新型的分子基多功能材料，由于其兼具有多孔性、比表面积大、可剪裁、可设计、易功能化等特点，在光、电、磁、气体存储和分离、催化剂、传感器以及手性拆分等诸多领域均表现出了巨大的应用前景，受到了学术界和和工业界越来越多的关注。羧酸类配体配位方式灵活多样且配位能力强，由它构筑的金属-有机骨架材料已经成为当前配位化学研究的热点。由于镧系元素的电子结构中都有一个没有完全充满的4f 电子层，且各种镧系元素4f 层电子数的不同，这组元素的每一个元素又都具有各自特别的性质，特别是光学和磁学性质。近十几年来，镧系元素被越来越多的化学工作者选作金属有机骨架材料的金属中心。本论文采用对苯丙二烯酸和9,9-二甲基芴-2,7-二羧酸两种二羧酸配体分别与多种镧系金属盐，通过分子水热及溶剂热方法合成得到了12种结构新颖且具有独特发光性能的配位化合物。通过X-射线单晶衍射、粉末 X-射线衍射、元素分析、热重分析、荧光光谱和红外光谱等手段对晶体结构和光学性能进行了研究。具体成果概括为以下三点:

1. 以对苯丙二烯酸作为桥联配体，利用溶剂热法，与镧系金属离子进行配位自组装，设计合成得到了三种具有新颖结构的多孔配位聚合物

浅述稀土发光材料

日新月异的现代技术的发展需要很多新型材料的支持。自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。材料科学现已发展成为一门跨学科的综合性学科。根据我国当前及未来发展的实际情况，新材料领域值得注意的新发展方向主要有半导体材料、结构材料、无机发光材料、有机／高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、生物材料及复合材料。

1. 稀土发光材料简介

1.1 稀土发光材料的电子组态特征

稀土离子的发光特性来源于其电子构型的特殊性。发射与激发主要源于4f能级间或5d-4f能级间的电子跃迁。研究稀土发光材料，实际是研究4f轨道上与f电子的物理性质相关的材料。

稀土原子和离子的电子组态具有下列特征：

(1) 中性La系原子中，没有4f电子的La (4f0), 4f电子半充满的Gd (4f7)和4f电子全充满的Lu (4f14)都有一个5d电子，即m＝1；此外，Ce原子也有一个5d电子，其他La系原子的 m 都为零。

(2) 对于一个具体的稀土元素，相对于6s和5d电子，4f 电子的能量要低一些，因此6s和5d最容易电离，如果没有5

纳米材料的合成及其应用

摘要：本文介绍了几种纳米材料的合成制备的方法，主要是固相法、液相法和气相法，并且简单的介绍了其应用领域。 关键词：纳米材料、固相法、液相法、气相法 引言：

纳米级结构材料简称为纳米材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性。纳米材料出现的重要科学意义在于它引领人们认识自然的新层次,是知识创新的亮点。在纳米领域发现新现象,提出新概念,认识新规律,建立新理论,为构建纳米材料科学体系新框架奠定基础[1]。材料的结构决定材料的性质。

纳米材料产生的特殊效应,具有常规材料所不具备的性能,使得它在各个方面的潜在应用极为广泛，并且非常普遍[2～4]。 一、纳米材料的制备方法 1. 固相法

传统的固相合成法反应温度较高,能耗太,而且难以得到高纯度、各组分完全均匀、物相单一的产物,因而不宜用来制各纳米氧化物。 传统的固相法是将金属盐和金属氢氧化物按一定的比例充分混合,发生复分解反应生成前驱物,多次洗涤后充

稀土发光的第一性原理研究

摘要：稀土发光材料在生物检测技术、照明、固体激光等领域具有好的应用前景，故掺杂介绍了对电荷补偿的

Ce

3+

Ce

3+

离子发光材料得到广

泛的关注，且在实验和理论研究领域备受青睐。在此详细

离子掺杂光学材料进行的第一性

原理计算研究工作。本文从介绍稀土知识及其研究工作的背景，并且介绍了密度泛函理论和基本计算软件，最后详细地给出了稀土发光的第一性原理计算的工作。

关键词： 第一性原理；NaF：Ce3+离子；4f?5d跃迁；电荷补偿；

First-Principles Study on Rare Earth Luminescence

Abstract：Rare earth luminescence has wide applications in biological detection technology, lighting, solid laser, and so on. Ce-doped luminescent materials have received intensive attention by experimental and theoretical researchers. We have presented

━42━JournalofBaichengNormalCollegeVol.204,2006　　　

稀土发光材料的特点及应用介绍

曹铁平

(白城师范学院化学系,吉林白城137000)

　　摘要:本文概述了稀土发光材料近几年的研究进展,重点介绍稀土发光材料的特点、

合成方法和应用,以及我国稀土发光材料生产现状和未来发展前景展望。

关键词:稀土;发光材料;应用中图分类号:O614

文献标识码:A

文章编号:1673-3118(2006)04-0042-03

稀土发光材料优点是发光谱带窄,色纯度高,色彩鲜艳;吸收激发能量的能力强,转换效率高;发

射光谱范围宽,从紫外到红外;荧光寿命从纳秒跨越到毫秒6个数量级,磷光最长达十多个小时;材料的物理化学性能稳定,能承受大功率的电子束,高能射线和强紫外光的作用等。今天,稀土发光材料已广泛应用于显示显像,新光源,X射线增感屏,核物理探测等领域,并向其它高技术领域扩展。

2　稀土发光材料的合成方法稀土发光材料的合成方法包括水热合成法、高温固相合成法、微波合成法、溶胶———凝胶法、微波辐射法、燃烧合成法以及共沉淀法。

水热法合成稀土发光材料具有反应条件温和,可以创造平衡缺陷浓度和生成新物相;制得的粉体晶粒发育完整,结晶度良好,粒径很小且分

毕 业 论 文（设计）

中文题目： 稀土Sm化合物/硅橡胶材料的制备及发光性能 英文题目：Preparation and Luminescence of Sm3+ Complex Doped Silicone Rubber

姓 名____ ___ 学 号__ ___ 专业班级 指导教师_ _ 提交日期___2009.5.20___

教务处

稀土Sm化合物/硅橡胶材料的制备及发光性能

摘要

制备了Sm化合物掺杂的硅橡胶材料，并对其力学性能和发光性能进行了测试。研究表明，随着Sm化合物的掺入量增加，材料的硬度、整体拉伸性能略有下降，但仍能保持硅橡胶的基本性能。掺杂材料的荧光强度随Sm化合物的含量的增加而增大，表明没有发生荧光淬灭现象，其原因在于化合物的有机配体对Sm3+离子有屏蔽作用。

关键词 钐化合物；硅橡胶；力学性能；发光性能

2

Preparation and Luminescence of Sm3+ Complex Doped Silicone

Rubber

Ai-jing Xie

Cl

郑州大学

硕士学位论文

新型发光材料芳香胺类聚合物的酶催化合成及性能研究

姓名：韩立友

申请学位级别：硕士

专业：材料学

指导教师：曹少魁

2002.6.1

摘要

摘要

近年来，过氧化物酶催化苯胺类化合物、苯酚类化合物的聚合反应取得了较大的进展。本实验室曾分别以邻、间、对苯二胺和邻、间、对氨基苯酚为单体进行了酶催化聚合反应的初步探讨，并对聚合物的结构和性能进行了初步表征。为了进一步改进聚合物的热性能、电化学性能和光致发光性能，我们设计了一系列具有大共轭结构或具有供电子取代基的苯胺类衍生物作为单体，如（ｉ）碱性品红、（２）４，４’一二氨基二苯乙烯一２，２’一二磺酸（ＤＳＤ酸）、（３）４，４’一联萘二胺、（４）对氨基苯乙酮、（５）２，４一二氨基甲苯等，首次利用酶法催化实现了聚合，并利用红外吸收光谱（ＩＲ）、核磁共振氢谱（ＨＮＭＲ）、紫外一可见吸收光谱（ＵＶ—ＶｉＳ）和凝胶渗透色谱（ＧＰＣ）等手段初步考察了聚合物的结构；凝胶渗透色谱仪显示聚合物有较高的分子量和窄的分子量分布；通过差示扫描量热分析和热重分析对聚合物的热性能进行了表征，与聚苯胺及聚苯二胺相比，热性能有了较大提高，一些聚合物在６００℃的热失重只有２０％左右；循环伏安曲线显示这类聚合物具有好的电氧化还原性能；

7

1.2.4 微波溶剂热法制备SnO 2

纳米材料

目前，能够成功制备纳米材料的方法已有许多种，人们也已经利用很多种方法成功 的合成了形貌特殊、性能优越的SnO 2

纳米粉体。然而这些合成方法各有优缺点，包括室 温固相化学法 [57]

、溶胶-凝胶法 [58]

、沉淀法、溶剂热法等。其中溶剂热合成 [59,60] 是应用

最为广泛的一种方法，溶剂热法指在密闭的反应容器中，以溶剂（水、乙醇等）或者其 他气流为介质，通过对反应体积加热，使体系产生高温高压的环境，反应物在此环境下 离子活度增强，溶解度增大，发生溶解、重结晶，再经过分离和热处理就可以得到产物。 溶剂热法具有设备要求不高，操作简便，产物形貌和组分易控，化学组成和形貌均匀等 优点，而且通过改变溶剂热反应环境（pH值、原料配比等） [61,27]

，可以获得不同形貌和 尺寸的SnO 2

，通常采用模板辅助来实现 [62,48]

。水热法包括水热晶化法 [63]

、水热氧化法 [64] 、

水热沉淀法 [65]

、水热合成法 [66,67]

、微波水热法 [48]

等。但是传统溶剂热法的不足之处在于

反应过程慢、比较耗时，而微波加热具有反应迅速的特点，能够克服溶剂热反应耗时的 缺

稀土材料

稀土元素最初是从瑞典产的比较稀少的矿物中发现的，“土”是按当时的习惯，称不溶于水的物质，故称稀土。以稀土元素为材料的叫做稀土材料。

基本介绍

稀土就是化学元素周期表中镧系元素—镧（La）、铈（Ce）、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素—钪（Sc）和钇（Y）共17种元素，称为稀土元素。简称稀土。

稀土元素又称稀土金属。稀土金属已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。

稀土元素在地壳中丰度并不稀少，只是分布极不均匀，主要集中在中国、美国、印度、前苏联、南非、澳大利亚、加拿大、埃及等几个国家。中国是世界稀土资源储量最大的国家，主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、冕宁稀土矿等等。

材料分类

稀土永磁材料

稀土永磁材料是将钐、钕混合稀土金属与过渡金属（如钴、铁等）组成的合金，用粉末冶金方法压型烧结，经磁场充磁后制得的一种磁性材料。 稀土永磁分钐钴（SmCo）永磁体和钕铁硼（NdFeB）系永磁体，其中SmCo磁体的磁能积在15～30