gd203：eu納米晶的制備及其光譜性質研究

1、第 2 3 卷 ， 第 2 期 2003年 4 月 光 譜 學 與 光 譜 分 析 S p e c t r o s c o p ya n dS p e c t r a lAna l v s i sV o 1 ． 2 3 ， N o ． 2 ， p p 2 3 6 - 2 3 9Ap f il ， 2 0 0 3Gd 2 O 3 ：E u納 米 晶 的 制 備 及 其 光 譜 性 質 研 究 翟永 清 ，姚 子 華 ，仇 滿德 ，劉保

2、 生 ，王 凱 肖，王 迎進 河北 大學 化學 與環境科 學學 院 ，河北 保 定 0 7 1 0 0 2摘 要 以 E D T A 為絡合 劑 ，聚 乙二醇 為有 機 分散 劑 ，用 絡合 溶 膠一 凝 膠 法 制 備 出 G d 2 O 3 ：E u納米 晶。用 X R D， S E M ，X - 射線 能量 色散 譜 儀 ( E D S ) ，熒 光 分 光 光度 計 等 分 析 手 段對 G d 2 o 3 ：E u的 納米 晶

3、結 構 、形 貌 、組 分 的均勻性 以及 發 光特性 進 行 了研究 。結 果表 明 ：E D T A - M 凝 膠僅 在 8 0 0 ℃焙 燒 即可得 到 顆粒 細小 、組 分均勻 、純立 方相 的 Gd 2 o3 ：E u納米 晶 ，顆?；?本 呈球形 ，粒 徑 為 3 0H I T I 左 右 。對樣 品 的激發 光譜 、發 射 光譜 測定 表 明 ：G d 2 o 3 ：E u 納 米 晶在 2 6 9n r n光激 發下

4、發 紅光 ，發 射 光譜 譜 峰 在 6 1 1n m，與體 材 料 基 本 相 同 ；激發 光譜 中 電荷遷 移 帶 ( C T B )明 顯紅移 ，從 體材 料 的 2 5 5n r n 移 至 2 6 9n r n ，移 動 了約 1 4r i m；猝 滅 濃 度從 體 材料 的 6 ％提 高 到 8 ％ 。主題 詞 納米 晶 ；光譜 ；G d 2 o3 ：E u ；E DT A；中 圖分類 號 ： ’ O6 1 4． 3 3文獻

5、 標識 碼 ：A 溶膠 一 凝膠 文章 編號 ：1 0 0 0 ． 0 5 9 3 ( 2 0 0 3 ) 0 2 — 0 2 3 6 ． 0 4納米 材料 ，由于其介 觀 效應 而表 現 出獨 特 的物 理 化學性 質 ，因而對 納 米材 料 的合 成 和 性質 研 究 已經 成 為 材料 科 學 、物理 學 以及化 學學 科 的研究 熱 點 。G d 2 o 3 ：E u 是非 常重要 的 紅色 熒光 材料 n 】 ，對其 微米 體

6、 材料 的制備 、結 構 、性 質研 究 較 多 ，而 對其 納米 材 料 的制 備 和性 質 研 究 卻 較 少 。 目前 ，合成 納米 材料 的 主要 方 法 是 溶 膠 一 凝 膠 ( S o 1 ． G e 1 ) 法 ，這 種 方法 的優點 是組 分可 控 、顆粒 尺寸 小 、 燒 結 溫度 低 。已有 許 多人 研究 用 S o 1 ． G e l 法 來 合 成 熒 光 粉 ，但 大 多 數 是 用 易 于揮發 的酯 或

7、醇 做溶 劑 或介 質 ，這 些物 質 易于 揮發 ，給環 境 帶 來污 染 。另外 ，所 用原 料是 金屬 醇鹽 ，不 僅 價格 昂貴 ，而 且 不 同醇鹽 水解 速 度不 同 ，使 得組 分 均勻性 也 成為 問題 ，因此 ，其 性能 ／ 價格 比達 不 到 實 用 水 平 。為 此 ，我 們 對 傳 統 的 S o l —G e l 法 進行 了改 進 ，以 乙二 胺 四乙 酸 ( E D T A ) 為絡 合 劑 ，利 用其 配

8、位 原子 多 ，易形 成螯 合物 ，能 與 大多數 金 屬離 子形成 穩定 的 、可溶 性 絡合物 的特 點 ， 提 高 凝 膠 的穩 定性 及 產物組 分 的均 勻性 ，同時 ，在 反應 介 質 中添加 不揮 發 的少量 有機分 散劑 以改善粉 體 的團 聚性 ，在 環境 良好 的條 件下 制備 性 能優 良的 G d 2 o 3 ：E u 納 米 晶熒 光 粉 。用 X R D，S E M ，X 一射線 能量 色散譜 儀 ( E D

9、 S ) ，熒 光 分 光 光 度計 等 分 析 手段 對 G d 2 o 3 ：E u 的納 米 晶結構 、形 貌 、組分 的均 勻性 以及 發光 特 性進 行 了研究 ，并 與微 米 晶光學 性質 進 行 了 比較 。( 2 5 ％ ) ，分散 劑 P E G均 為分 析純試 劑 。用 Y ． 4 Q型 x射線 衍 射 儀 ( X R D，C u靶 )測 定物 相 結 構 ；用 A MMA R YK Y KY — I O 0 0 B

10、型掃描 電鏡 ( S E M)觀察 形 貌 和粒 度 ；用 V A N T A G E 4 1 0 5D S I 型 x _ 射 線 能 量 色 散 譜 儀 ( E D S )進 行 元 素分析 ；用 R F 一 5 4 0型熒 光分 光 光度 計測 定 發 射 光 譜和激 發 光譜 。1 ． 2 粉 體制 備 將一 定量 的 G d 2 o 3 和 E u 2 o 3 分別 用 H N O , 溶解 ， 用 容量 法標 定G d (

11、N O s3 和 E u ( N O x3 溶 液 的濃 度 。按 目標產 物 化 學式 的計 量 比量取 G d ( N O s3 和 E u ( N 0 33 溶液 并混 合均勻 ，得溶 液 1 #。按 E D T A 與金屬 離 子 ( M ) 的摩 爾 比為 1 ： 1 稱 取 E D T A ，先 向其 中加 入 少 量 二 次 水 ，按 E D T A： N H 3 · H 2 O ( 摩 爾 比 )=1 ： 3

12、． 5 加 入濃 氨水 ，攪 拌至 E D T A 酸完 全 溶解 ，再 加 入適 量有 機分 散 劑 P E G，繼 續 拌 至 分 散 劑 完 全 溶 解 ，得溶 液 2#。將溶 液 1 # 逐 滴 加 入 溶 液 2#中 ，并用 氨 水 調 節 溶 液 p H值使 其穩 定在 6 左 右 ， 繼 續攪 拌 0 ． 5h ， 恒溫 水 浴 8 0 ℃ 使 得溶 液 中 的水分 不斷 蒸發 ， 最后 得 一粘 稠 狀 膠 體 ， 冷

13、卻 得 干 凝膠 。將 此凝 膠 置 于 烘 箱 中 1 8 0 “ ( 2 預 處 理 5h ，得 一 棕 黑 色 海 綿狀 前驅 物 ，而 后 在 8 0 0 ℃ 下 于 馬弗 爐 中焙燒 2h ，冷 卻 得 G d 2 o3 ：E u納 米 晶。1 實驗 部 分 2 結 果 與討 論 1 ． 1 主 要試 劑和 儀 器 G d 2 o 3 ，E u 2 o 3 均 為 熒 光 級 ，， E D T A， 氨 水 收稿 日期 ：2

14、 0 0 2 — 0 8 — 2 3 ，修訂 日期 ：2 o 0 2 — 1 2 一 l 8作 者簡 介 ：翟 永清 ，女 ，1 9 7 0 年 生 ，河北 大學講 師 ．在讀 博士 2 ． 1X R D 分 析 x 一 射線 衍射 結 果 表 明 ，E D T A 絡 合 S ol — G e l 法 合 成 的 不 維普資訊 http://www.cqvip.com 2 3 8光譜 學與光譜分析 第 2 3卷 ／ r i m F

15、 i g ． 5E x c i t a t i o ns p e c t r m no fG d 2：E un mm c x ~ t a l( mo n i t o r e db y6 1 1n m)j薔冒童壹／ r im F i g ． 6E mi s s i o n s p e c t r m no fG d 2：Eun mm c x ~ t a l( e x c i t e db y2 6 9n m)G0 3 ： E u 微

16、 米 晶 的 猝 滅 濃 度 6 ％u有 所 提 高 。其 原 因 可 能來 自兩個 方 面 ： ( 1 )納米 晶所 具 有 的界 面 效 應使 發 光 中心 E u - E u 之 間頻 繁 的能量 共振 傳遞 受 阻 ，能量從 發 光 中心 到猝滅 中心 傳遞 幾率 減 小 ，非 輻射 躍 遷減 小 ，從 而使 摻 雜濃 度提 高 ；( 2 )猝 滅 中心 在各個 納米 晶 內分 布漲 落很 大 ，有 的 晶粒 中猝 滅 中心多

17、，有 的少 ，甚 至沒 有 。在猝 滅 中心多 的納 米 晶中 ，猝 滅濃 度較 低 ，而 猝滅 中心 少 的納米 晶將 有高 的猝 滅 濃 度 ，甚 至不 發 生猝滅 ，因而從 總 體上 來講 ，納 米材 料 的 猝 滅 濃度將 高 于常 規體 材料 。這 將 預示著 高 摻雜濃 度 、高 發 光效 率可 能 同 時存 在 ，從 而 為 得 到 性 能 優 異 的納 米 發 光 材 料 ，奠 定 了基礎 。c E u ／ m o l

18、％ Fi g． 7Th ee fe c t so fE uc o nc e n t r a t i o no n t h ei nt e n s i t yo f G d 2：E un mm c x ~ t a l3 結 論 ( 1 )用 E D T A絡合 溶膠 一 凝 膠法 制備 了立方 晶型 G d 2 0 3 ：E u 納 米 晶 。前 驅體 在 8 0 0 Z ； 焙燒 2h時 ，即可得 到 立方 晶型 G d z 0 3

19、 ：E u的純 相 ，粒 子 基 本 呈球 形 ，晶粒 尺 寸 在 3 0n m左右 ，分 散性 較好 ，不 需要 球磨 即可應用 。( 2 )與 微 米 晶 G d z0 3 ：E u體 材 料 相 比 ，此 G d 20 3 ：E u納米 晶的 X R D譜 峰 寬 化 ，激 發 光 譜 紅 移 了約 1 4n m，猝 滅 濃 度從 6 ％提高 到 8 ％ ，為 獲 得 高 摻雜 濃 度 、高 發 光 效 率 的 納米 發光 材料

20、奠定 了基 礎 。( 3 )E D T A 絡合溶 膠一 凝 膠 法 具 有 混 合 均 勻 ( 在原 子 水 平上 混合 ) 、化 學計 量 易 于 控 制 、原 料 易 得 、操 作 簡單 、能 在較 低 的溫 度下形 成 分散性 好且 粒 度 細的粉 體等 優點 ，是 一 種制 備納 米 復合 氧化 物粉 體 的有效 方法 ，具 有廣 闊 的應用 前 景 。參 考 文 獻 ( ~ a waL．Ca t h o d eLu m

21、i n e s c e n c eTh e o r ya n dAp p l i c a t i o n ． T o k y o ：Ko d a n s h aL t d ． ，1 9 9 0，1 7 2 ．MAD u o - d u o ，L I U X i n g — r e r l ，K O N G G u i ． x i a n g ( 馬多 多 ，劉行 仁 ，孔貴祥 ) ． JC h i n ． R a r e E a r t

22、 hS o c ．( 中 國稀 土學 報 ) ，1 9 9 9 ，1 7 ( 2 ) ：1 7 6．Ru a nSK ，Z h o L lJG， Z h o n gA M ，e ta 1 ． J． At ／ o y s C o mp． ，1 9 9 8 ，2 7 5 - 2 7 7 ： 7 2 ．P a r kC H，P a r kSJ ， YuB，e ta 1 ． J． M a t e r ． S c i ． L e f t ． ，

23、2 0 0 0，1 9：3 3 5 ．R a v i c h a n d r a nD，R o y R，wh i t e w B ， e ta 1 ． J ． Ma t e r ． R e s ． ， 1 9 9 7 ，1 2 ( 3 ) ：8 1 9 ．U Qi a n g ，G a oL i a n ( 李 強 ， 高 濂 等 ) ． J o u r n a to fI n o r g a n i c Ma t e r i a l

24、s( 無 機材料 學報 ) ，1 9 9 7 ，1 2 ( 2 ) ：2 3 7 ．B r i r k sL S，F r i e d ma nH． J ． Ap p 1 ． P h y s ． ， 1 9 4 6，l 7：6 8 7 ．Z I - I A NGWe i ． p i n g ，YI NMi n ( 張 慰萍 ，尹 民 ) ． C h i n ． J ． L u mi n ． ( 發光 學報 ) ，2 0 0 0 ，2 1

25、( 4 ) ：3 1 4 ．K o n a r a dA，F r i e s T，G a h nA，e ta 1 ． J ． A p p 1 ． P h y s ． ， 1 9 9 9 ，8 6 ( 6 ) ：3 1 2 9 ．Ta oY ．M a t e r． Le f t． ，1 9 96， 2 8： 1 3 7．XI EP i n - b o ，D UA N C h a n g - k u i ，Z I - I A NGWe i