稀土化合物微納米結(jié)構(gòu)的微波合成、表征及其性能研究.pdf

1、稀土元素原子結(jié)構(gòu)比較特殊，內(nèi)層4f軌道有較多的未成對電子，其金屬性很活潑，容易失去電子，原子磁矩高，電子能級非常豐富，幾乎可與所有元素發(fā)生作而形成多種價態(tài)多配位數(shù)(從3到12)的化合物，其化合物在熒光、氣體儲存、吸附、催化、傳感和磁性等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但由于在合成過程中受到溫度、時間、pH等因素的影響，可控合成稀土化合物仍然是一種挑戰(zhàn)。
　　目前制備稀土化合物納米材料有很多種，如高溫固相法、溶劑熱反應(yīng)法、溶膠-凝膠法、共沉淀法

2、和熱分解法等。但這些合成技術(shù)也存在一些缺點，如環(huán)境污染、成本高、反應(yīng)條件苛刻或設(shè)備昂貴等，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。超聲波反應(yīng)原理因其空化作用而產(chǎn)生高強度機械效應(yīng)和熱效應(yīng)；微波通過高效的體加熱的方式進行加熱，提高反應(yīng)效率，減少反應(yīng)時間；紫外線在反應(yīng)合成方面，主要的作用是發(fā)生光化學反應(yīng)。微波與超聲波或紫外線組合在合成反應(yīng)方面，不等于微波與超聲波或紫外線單獨效果的簡單數(shù)學相加，而是具有更強的協(xié)同效果。微波、超聲波和紫外線各有其優(yōu)點，三者協(xié)同作用下，

3、在稀土材料合成方面鮮有報導。為此，本論文采用微波、超聲波和紫外線兩者組合或三者協(xié)同，達到增強反應(yīng)、調(diào)控結(jié)構(gòu)和形貌的目的，探討了微波、超聲波、紫外線三種技術(shù)對微納米結(jié)構(gòu)及其形貌的影響，為合成其它稀土微納米材料提供了一定的方法路線和理論依據(jù)。
　　本論文的主要研究內(nèi)容有：
　　(1)稀土錫酸鹽納米球形顆粒的微波合成與表征及其性能研究
　　在微波水熱條件下，稀土硝酸鹽和四氯化錫作為原料，以錫酸釓作為典型樣品，在反應(yīng)溫度為20

4、0 oC，時間為60 min，快速合成了球形錫酸釓納米顆粒，采用XRD、FT-IR、SEM、TEM、EDX、HRTEM、SAED和SQUID對其進行了表征。實驗結(jié)果表明，其樣品顆粒尺寸約50 nm。并討論了溫度、時間、pH和不同的堿源對其形成過程的影響，提出了錫酸釓納米顆粒的可能形成機理，探究了其磁學性能，同時摻雜Eu3+，探究了其發(fā)光性能。采用類似的方法和步驟，成功合成了一系列的其他稀土錫酸鹽。
　　(2)氫氧化釓納米棒的微波合

5、成與表征及其性能探究
　　以六水硝酸釓和氫氧化鈉為原料，采用微波水熱法，沒有采用模板和添加任何表面活性劑，反應(yīng)條件為120 oC，60 min，成功合成了稻米狀的氫氧化釓的納米棒。實驗結(jié)果表明，納米棒的平均長度為400 nm，平均直徑為50 nm。討論了時間、溫度對其形貌的影響。摻雜Yb3+和 Er3+，用980 nm的光源激發(fā)，探究其上轉(zhuǎn)換發(fā)光性能，根據(jù)CIE色度表表明，樣品發(fā)黃光，在發(fā)光材料領(lǐng)域可能有潛在的應(yīng)用價值。
　

6、?。?）六方晶相磷酸鏑(DyPO4·1.5H2O)的微波、超聲和紫外輔助合成，表征、形成機理及其磁學性能研究
　　在無表面活性劑和模板的條件下，控制反應(yīng)溫度(90 oC)，時間(20 min)，采用微波、超聲和紫外輔助合成出六方晶系磷酸鏑微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，在單獨的微波條件下，合成的產(chǎn)物為，長5-6μm，寬為2-3μm掃帚狀的微米級六方晶系磷酸鏑結(jié)構(gòu)；在單獨采用超聲波或紫外線的條件，無產(chǎn)物生成；在微波和超聲的共同作用下，超聲作用掃帚

7、狀結(jié)構(gòu)的形成產(chǎn)生抑制作用，導致其結(jié)構(gòu)為針狀的微米棒結(jié)構(gòu)；在微波及紫外的共同作用下，掃帚狀的微結(jié)構(gòu)自組裝為花狀結(jié)構(gòu)；在微波、超聲、紫外三者共同的作用下，合成的結(jié)構(gòu)中既有花狀，也有棒狀，花狀結(jié)構(gòu)的花瓣變?yōu)獒槧?。同時研究了超聲，紫外對其形貌的影響的可能形成機理，并探究了其磁學性能。
　　（4）釓基4,4-二羥基二苯甲酮化合物微波合成與表征
　　采用三位一體微波法，在微波和微波與紫外相結(jié)合反應(yīng)條件下，控制反應(yīng)溫度(80 oC)，時間