Eu或Tb摻雜Lu2O3納米片的合成和發(fā)光性能的研究-文獻翻譯作業(yè)

1、Eu或Tb摻雜Lu2O3納米片的合成和發(fā)光性能的研究Jiacheng Wanga,b, Qian Liua,*, Qingfeng Liuaa國家高性能陶瓷和超微結構重點實驗室，上海硅酸鹽研究所， 定西路1295號，上海200050，中國b中國科學院研究生院 玉泉路19A，北京100039，中國摘要在沒有催化劑和模板的參與下，我們通過使用摻雜Lu（OH）3膠體前驅體，用水熱法在140，pH值13-14的條件下反應24小時成功地合成了大尺寸且結構統(tǒng)一的稀土（Eu或Tb）摻雜納米片方Lu化合物。所合成的納米片是邊長為200-400 nm，厚度為40nm的方形形貌。我們推導出出“面包裝“機制來描述納

2、米片方的生長機理。摻Lu化合物前驅體在900下通過熱分解方法反應2小時合成摻雜Lu2O3熒光粉的納米片方。關鍵詞：水熱，納米片，銪，鋱，氧化镥1.引言在發(fā)現(xiàn)碳納米管之后，納米材料制備受到了高度重視，在很多功能器件上都有潛在的應用1-3。由于缺少對他們合成機理方面的認識，諸如納米點，納米線，納米棒，納米管，納米電纜，納米片，等等還沒有被廣泛地研究 4-8。稀土氧化物是一種先進材料，它已被廣泛用作催化劑9，高性能熒光粉10,11及其他功能材料12,13。如果把稀土氧化物做到納米級，由于納米效應它將表現(xiàn)出更強的性能。如今，許多不同形貌的納米稀土氧化物通過水熱法制得14-18。稀土氧化物的形貌研究主要

3、集中在納米管和納米棒。例如，Yada和他的同事使用十二烷基組件模板合成稀土氧化物納米管 19。Tang等，合成了鋱氧化物納米管，并研究了其光學特性20。Li的研究小組已經成功地合成了稀土化合物納米棒和納米管，如氫氧化物，氧化物，硫氧化物，氟氧化物系列。這是一個基于水熱法隨后脫水，硫化，或氟化的過程18。然而，關于稀土氧化物納米片的報告卻很少。鋱或銪摻雜Lu2O3材料是一種紅色或綠色熒光粉種類21,22。傳統(tǒng)的合成方法是用尿素燃燒法合成 23和用Pechini法合成 24。截至目前，在納米結構和摻雜氧化镥熒光粉方面的研究還是很少。在這份報告中，我們首次合成了稀土（Eu或Tb）摻雜Lu2O3納米片

4、方。首先，Eu或Tb摻雜镥化合物納米片方是由水熱法合成；然后，用高純度相，粒徑分布和微觀結構的均勻的優(yōu)質熒光粉煅燒，得到了所制備的摻镥化合物的前驅體。2.實驗實驗所使用的RE2O3的純度等級均高于99.9。在我們和其他人對摻雜濃度對發(fā)光效率的影響實驗的基礎上，結果發(fā)現(xiàn)有6mol Eu3 +和1 mol Tb3 +摻雜時有較好的發(fā)光效率。然后，我們通過水熱法合成了銪（6mol）或Tb（1mol）摻镥化合物納米片方，實驗方案如下：把Lu2O3，Tb2O3和Eu2O3適量溶解于稀硝酸分別獲得0.4M Lu(NO3)3，0.0167M Tb(NO3)3，0.1M Eu(NO3)3。然后，在室溫條件下，

5、把含有0.65g的氫氧化鈉的63.8ml堿液慢慢加入含5ml Lu(NO3)3，1.2ml Tb(NO3)3溶液（或Eu(NO3)3溶液）中，并攪拌。該膠體溶液最終的pH值約為13-14。攪拌半小時，將膠體倒入一個100毫升容量反應釜中，溫度維持在140°C， 24小時，然后冷卻到室溫。得到的產物，用清水洗凈，并在空氣中100°C干燥。然后把產物在900°C，空氣中煅燒2小時得到銪（6mol）或Tb（1mol）摻雜Lu2O3納米片。樣品的物相通過D/max 2550 X射線衍射分析（Cu靶）進行確定，形貌和成分通過TEM和EDX測定，所合成材料的熱分解行為通過熱重

6、-差示掃描量熱分析儀進行分析檢測。樣品被放置在單元格，然后以1分鐘 10的速度升溫。在室溫下，光致發(fā)光光譜和壽命的數(shù)據(jù)被分別為記錄在日本島津的RF -5301PC熒光分光光度計和Fluorolog- 3熒光分光光度計（Jobin Yvon的公司，法國）上。3.結果與討論圖1是水熱法制備的摻镥化合物納米片X射線衍射圖案。該模式不能作為Lu(OH)3，LuOOH或其他已知的镥化合物的指標。因此，我們的合成镥化合物的方法是一個新的尚未出現(xiàn)在JCPDS上的方法。后續(xù)工作正在進行。圖1水熱法合成的摻镥化合物納米片X射線衍射圖案。圖2給出了幾個水熱法合成的樣品的TEM照片。圖2a是摻雜Lu(OH)3的前驅

7、體在140°C下通過水熱法反應24小時得到的摻镥化合物納米片方TEM照片。從中可以看到，摻镥化合物納米片有大小在200-400nm的片的形貌。在所得產物中有完整的正方形納米片。圖片上可看到納米片的厚度為 40nm左右。水熱處理前，高pH值保證了納米片方的形成。當膠體前驅體的pH值在6左右時，通過水熱法只有一半的產品獲得是方形的納米片和其他的都為納米棒如圖2b所示。在我們的看來，雖然這些納米結構的精確形成機制還不清楚，但可以確信的是他們的生長不需要催化劑或模板。在我們的實驗中，膠體前驅物是由Lu(NO3)3或Tb(NO3)3和Eu(NO3)3的加入氫氧化鈉溶液混合而成的溶液。

8、這個過程是調節(jié)混合溶液pH值，使其在強堿溶液中迅速生成白色沉淀物（圖2c），它一出現(xiàn)立即在快速調整形成的pH值強堿性溶液。Sun等人提出，這可以被視為一個類似于“注射“技術的過程。25 圖2C是包含許多形態(tài)不規(guī)則的納米粒子的摻雜Lu(OH)3膠體前驅體形貌的TEM照片。因此，納米片方的生長很可能是由固態(tài)法（SS）的控制。氫分子在水熱處理下溶解，隨后，分散-再結晶-生長生成納米片方。很顯然，膠體粒子是結晶生長的前驅體，而不是離子種類。我們提出了一個固相法的機制，假設為納米帶生長的氣-固過程。同時，有趣的是，產物中有許多“不正常“生長的納米片方（圖2a）。這些“不正常“納米片的一些方面得體失去部分

9、。根據(jù)觀察和分析，對納米片生長過程的建議。在晶體生長過程中，如“方包“之稱，基于那些“不正?！奔{米片所構成的形貌，這是一個有點類似的“表面包裝“，這個可以用來解釋Co3O4納米粒子生長7。進一步的調查揭示了納米片方的生長動力學。圖2 TEM照片：（a）所合成摻镥化合物納米片方，（b）摻镥化合物在pH值為6時的前驅體，（c）摻雜Lu(OH)3的水熱處理前的前驅體。镥化合物納米片方的熱行為通過TG來測定（圖3a）。熱重曲線顯示，镥化合物納米片在830°C停止分解?？傊亓繐p失18.5。然而在此條件下，Lu(OH)3和LuOOH重量損失理論值為11.9和4.3。因此，本實驗進一步證明，所制備

10、的镥化合物是一種新的材料。在熱重結果的基礎上，我們在900鍛燒的摻镥化合物，以確保其完全分解。圖3b所示的是摻雜Lu2O3粉體900下熱分解反應2小時制備摻镥化合物納米片的X射線衍射圖案。根據(jù)JCPDS文件編號760162，圖3b的形貌能夠被索引到一個Lu2O3純立方相空間群：l213（199）。沒有觀察到Lu(OH)3，LuOOH或其他雜質X射線衍射峰，這表明在在900，2小時條件下镥化合物完全分解為Lu2O3。晶格常數(shù)(a =1.0396 nm)與文獻報道的數(shù)據(jù)吻合(JCPDS, No. 760162)。圖3（a）摻镥化合物納米片的TG曲線。 （b）譜摻镥氧化物9002小時煅燒下得到的摻镥

11、化合物納米片粉末的XRD圖采用TEM對摻雜Lu2O3樣品的形貌進行了研究，如圖4所示。從中可以看出摻镥化合物納米片的形狀經歷了熱分解到摻雜Lu2O3熒光粉的過程。這是表明，Lu2O3納米片方的邊長大約為200300 nm，這似乎比其前驅體的尺寸較小。同時，獲得的Lu2O3納米片方有不平的表面。如圖4b所示，單一的納米片的高倍透射電鏡圖中的形貌，我們可以看到，它是由許多圓形的納米晶體組成，直徑10-15納米，這表明一個單一的方形薄片是聚晶體結構。因此，把摻镥化合物納米片煅燒成摻雜Lu2O3熒光粉，而不使他們形成一個龐大的燒結固體的適宜溫度為900。光致發(fā)光（PL）譜方法可以用來研究粉末的光致發(fā)光

12、。圖5a和b顯示了Eu（a）或Tb（b）摻雜Lu2O3粉末的激發(fā)光譜（左）和發(fā)射光譜（右）的。如圖5a中，Eu（右）摻雜Lu2O3納米片激發(fā)光譜（左）和發(fā)射光譜（右）研究分別采取以612 nm發(fā)射波長和254 nm激發(fā)波長。該發(fā)射峰是612nm，這是因為Eu被迫電偶極躍遷（5D07F2）27。激發(fā)光譜在254 nm左右的寬峰是從4f基態(tài)激發(fā)到Eu- O改變傳輸狀態(tài)28。如圖5b中，鋱摻雜Lu2O3納米片激發(fā)光譜（左）和發(fā)射光譜（右）分別采取了543 nm發(fā)射波長和265nm激發(fā)波長。在270-325 nm的范圍之內的結構性帶應用Tb3 +的離子分配給允許奇偶4f8-4f75d1轉換22。從鋱摻

13、雜Lu2O3熒光粉的發(fā)射光譜看，鋱的綠色發(fā)射發(fā)光的確如此。從銪或鋱摻雜Lu2O3納米片發(fā)射光譜中可以確認，銪或鋱離子進入了Lu2O3主晶格。圖5c和d所示為兩個熒光粉衰減曲線。熒光壽命（t）是指在一定時間所需的熒光強度衰減到初始值的1 / e29。正如預期的那樣，這些數(shù)據(jù)表明5D0（Eu3+）和5D4（Tb3+）發(fā)光的特征壽命大約分別為0.9和2.44ms。圖4透射電鏡下?lián)诫sLu2O3納米片方（a）和單個納米片（b）。圖5 在室溫下6銪摻雜Lu2O3熒光粉的激發(fā)和發(fā)射光譜（a），1的鋱摻雜Lu2O3熒光粉激發(fā)和發(fā)射光譜（b）。6銪摻雜Lu2O3熒光粉的衰減曲線（c），1鋱摻雜Lu2O3熒光粉的

14、衰減曲線（d）。4結論具有納米片方形貌的均勻摻雜镥化合物粉末已成功在140 pH=13-14通過水熱24小時合成膠體摻雜Lu(OH)3前驅體的方法制得。我們演繹出“面包裝“機制來描述納米片方的生長。我們的生藝簡單，成本低，適合大量生產摻雜镥化合物納米片粉末。銪或鋱摻雜Lu2O3納米片已在900使用銪或鋱摻雜镥化合物納米片前驅體通過熱分解成功合成。镥化合物的片狀結構保持的很好，直到熱分解為Lu2O3。光致發(fā)光光譜表明Eu摻雜Lu2O3粉末有一個紅色發(fā)光區(qū)域Tb摻雜Lu2O3熒光粉有一個綠色發(fā)光區(qū)域。鳴謝我們感謝來自上海市科技委員會的財政支持（No. 02JC14015和0259nm021）。參考

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