稀土離子摻雜鎢酸鉛微晶的可控合成及其光學(xué)性能研究.pdf

1、納米材料的控制合成是實(shí)現(xiàn)材料性能調(diào)控及其應(yīng)用的基礎(chǔ)。研究表明納米材料的性能如光、電、磁、熱、力學(xué)、催化等具有強(qiáng)烈的尺寸、形貌、維度等依賴性。因此控制納米材料尺寸、形貌和維度,探索低維納米材料的新合成方法不僅可滿足器件微型化的需求,而且為人們系統(tǒng)地研究其性能、微結(jié)構(gòu)和譜學(xué)特征,建立描述和表征納米材料的新概念和新理論。并為最終實(shí)現(xiàn)對(duì)固體材料的“剪裁”提供了必要條件。
　　 本論文以鎢酸鉛為研究對(duì)象,通過摻雜三價(jià)稀土離子和改變反應(yīng)體系

2、中混合溶劑的比例實(shí)現(xiàn)了鎢酸鉛(PbWO4)微晶的可控合成,研究了其光學(xué)性能與晶體結(jié)構(gòu)、晶體生長(zhǎng)方式、表面形貌以及晶粒尺寸等之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),詳細(xì)的內(nèi)容如下:
　　 1.以丙三醇和水(GC/H2O)的混合溶劑作為反應(yīng)體系的溶劑,利用水熱法制備出來了純相的釔(Y3+)摻雜PbWO4微晶；通過調(diào)控Y3+摻雜量和混合溶劑中GC和H2O的體積比,制備出不同形貌的Y3+摻雜PbWO4微晶；通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、高

3、分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)等表征分析,詳細(xì)討論了Y3+摻雜濃度和混合溶劑中GC/H2O體積比變化對(duì)Y3+摻雜PbWO4微晶的形貌影響；同時(shí)在一定的Y3+摻雜濃度和GC/H2O體積比下,可以制備出新穎的Y3+摻雜PbWO4介觀晶體結(jié)構(gòu),并提出了其形成機(jī)理；通過對(duì)Y3+摻雜PbWO4微晶光致發(fā)光光譜(PL)的分析表征分析,發(fā)現(xiàn)Y3+摻雜導(dǎo)致PbWO4微晶的帶隙中產(chǎn)生了局域能級(jí),并抑制了PbWO4微晶的帶間發(fā)射,增強(qiáng)了激子發(fā)光效率；Y3

4、+的摻雜會(huì)在PbWO4晶格中引入過剩的電荷,并詳細(xì)分析了過剩電荷補(bǔ)償機(jī)制與局域能級(jí)的間可能的內(nèi)在關(guān)聯(lián),以及對(duì)PbWO4微晶發(fā)光性能的影響；
　　 2.以乙二醇EG/水H2O為反應(yīng)溶劑,采用水熱法制備出了純相的Y3+摻雜PbWO4微晶,通過調(diào)控Y3+摻雜濃度和EG/H2O混合溶劑的體積比,得到了不同形貌的PbWO4微晶。詳細(xì)分析了GC/H2O和EG/H2O兩種混合溶劑對(duì)PbWO4微晶的晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌影響的聯(lián)系與區(qū)別,結(jié)果顯示,

5、兩種混合溶劑都可以顯著的降低PbWO4微晶的晶粒尺寸,EG可以強(qiáng)烈的抑制PbWO4微晶(200)晶面的生長(zhǎng),而GC對(duì)各個(gè)晶面的生長(zhǎng)都有強(qiáng)烈的抑制作用；通過對(duì)Y3+摻雜PbWO4樣品的PL表征,發(fā)現(xiàn)Y3+摻雜在PbWO4的禁帶中形成了定域能級(jí),它可以捕捉電子或空穴形成束縛態(tài)激子,增強(qiáng)了PbWO4微晶的發(fā)光強(qiáng)度；提出了一種電子能帶躍遷模型用來解釋Y3+摻雜PbWO4微晶的發(fā)光過程；簡(jiǎn)要地討論了釓離子(Gd3+)和鑭離子(La3+)對(duì)PbWO

6、4微晶晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌的影響作用,并結(jié)合Y3+摻雜的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)不同的摻雜離子對(duì)PbWO4微晶晶面的控制作用不同,它們的共同點(diǎn)是改變了PbWO4晶體生長(zhǎng)習(xí)性。
　　 3.在室溫下,以EG/H2O為反應(yīng)溶劑,通過簡(jiǎn)單的直接沉淀法制備出了Y3+摻雜的PbWO4微晶；詳細(xì)討論了兩種制備方法(水熱法和直接沉淀法)對(duì)PbWO4微晶結(jié)果與形貌的可能的影響；同時(shí),還發(fā)現(xiàn)室溫下一定比例的Y3+摻雜和EG/H2O的比例也可以誘導(dǎo)形成PbWO4介觀

7、晶體；利用離心實(shí)驗(yàn)收集PbWO4介觀晶體生長(zhǎng)的各個(gè)時(shí)間段的樣品,通過對(duì)樣品的XRD、FESEM、HRTEM和SAED(選區(qū)電子衍射)等分析表征,提出了一種以納米粒子-納米粒子定向組裝的晶體生長(zhǎng)模型；初步探討了室溫EG/H2O混合溶劑體系下其他稀土離子如:鑭離子(La3+)、釹離子(Nd3+)、釓離子(Gd3+)、鈰離子(Ce3+)、銪離子(Eu3+)等對(duì)PbWO4微晶晶體結(jié)構(gòu)和宏觀形貌的影響,并提出了一種三價(jià)稀土離子對(duì)PbWO4微晶晶體