稀土纳米发光材料

《电子信息材料》报告

姓名崔立莹

学号41230179

班级材料1206

稀土纳米发光材料

崔立莹

（北京科技大学材料1206 41230179）

摘要：随着科技的迅猛发展，稀土纳米材料在近几年得到广泛应用。稀土纳米发光材料作为一种重要的稀土纳米材料，与体相发光材料有着明显的区别。本文着重介绍了稀土纳米发光材料的定义、制备、应用以及研究前景。

关键词：纳米；稀土；材料

1、稀土纳米发光材料的定义

纳米材料作为新兴材料种类，近些年来研究进展颇丰。纳米发光材料是指颗粒尺寸在1～100 nm的发光材料,它包括纯的和掺杂离子的纳米半导体复合发光材料和具有分立发光中心的掺杂稀土或过渡金属离子的纳米发光材料。

所谓稀土纳米材料，即稀土掺杂无机纳米材料的优良光学性能（如荧光寿命长、光谱线宽窄、可调谐荧光发射波长等）及其在荧光生物标记等方面的潜在应用，已经引起了国内外学者的普遍关注，有望成为替代分子探针的新一代荧光生物标记材料[1]。

稀土发光材料的种类繁多，可以按照不同的方式进行分类，若按发光材料中稀土的作用分类，可以分为两类：１．稀土离子作为激活剂在基质中作为发光中心而掺入的离子称为激活剂。以稀土离子作为激活剂的发光体是稀土发光材料中最为重要的一类。２．稀土化合物作为基质材料常见的可作为攮质材料的稀七化合物有Ｙ２０３、Ｌａ２０３和Ｇｄ２０３等。

2、稀土纳米发光材料的制备[2]

为了制备具有良好发光性能的发光粉,人们尝试了各种方法。而随着交叉学科的发展和新技术的出现,发光材料的合成面临着不可多得的机遇和挑战,各种制备发光粉的方法更是层出不穷,各以其独特优点为发光材料的发展发挥着巨大

的作用。目前,纳米稀土发光材料的制备方法中应用较为广泛的有以下几种:溶胶-凝胶法、共沉淀法、微乳液法、燃烧法、水热法等。

1.溶胶一凝胶法

溶胶一凝胶法是以金属醇盐或其他金属无机盐作为前驱体,溶于溶剂中形成均匀的溶液,再加入各种添加剂如络合剂、催化剂等,在适合的温度和pH值条件下,溶液中的溶质发生水解、聚合等化学反应,首先生成溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶,然后经过热处理,在较低温度下制备出各种无机材料或复合材料的方法。

2.共沉淀法

共沉淀法是在含有2种或2种以上金属离子的多元体系溶液中加入沉淀剂,得到各种成分均一沉淀的方法。得到的沉淀物经分离沉降,然后经过干燥,再在不同的温度下灼烧便得到纳米发光材料。

3.喷雾干燥法

喷雾干燥法是用喷雾器将金属盐溶液喷入热风中,使溶剂迅速蒸发从而析出金属盐的超细微颗粒。

4.燃烧法

用传统的方法制得的产品极大地影响制灯后荧光粉的二次特性,所以燃烧法是在某些方面不足的基础上发明的又一新方法。用这一方法,制得产品荧光粉已延伸到蓝紫区域,能有效的吸收蓝紫光,可见它制得的产品有明显的优势。

3、稀土纳米材料的应用

稀土纳米发光材料颗粒尺度通常小于激发或发射光波的波长，因此光场在微粒范围内可以近似为均匀的，不存在对广播的限域作用引起的微腔效应，对超细颗粒而言，尺寸变小，比起表面积亦显著增加，产生的表面态密度。这两方面的综合作用使稀土纳米发光材料表现出很多独特的性质，将更有利于发现新的发光材料。

纳米稀土发光材料可广泛应用于发光、显示、光信息传递、X射线影像、激光、闪烁体等领域；稀土纳米荧光探针可应用于模型分析物、核酸、离子及疾病标志物的异相和均相检测等方面。

福建物构所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组编写的《稀土纳米发光材料：从基础到生物应用》一书，从最基本的稀土光谱学入手，

深入浅出地阐述了稀土纳米荧光标记材料控制合成、表面化学、发光物理及其生物医学应用等方面的最新研究进展，尤其对肿瘤标志物的体外检测和肿瘤组织的多模态生物成像等进行了重点阐述，不仅全面总结了已有的文献工作，还根据该小组以往的研究成果对稀土纳米荧光探针的未来发展方向和趋势进行了深入探讨，提出了自己的独到见解。该著作有望加深国内外同行对稀土纳米荧光探针的认识，同时也对未来多功能稀土纳米荧光生物探针的设计、开发以及稀土资源的高值利用等研究具有重要的学术意义。

4、稀土纳米材料的研究前景

稀土纳米发光材料是纳米材料中很重要的一类,因其具有同样材质的宏观大。物体不具备的新的物化特性,近年来日益受到重视,并已开始应用于许多高科技

功能材料,因此具有广泛的应用前景,其中通过多种制备方法的复合是合成掺稀

土纳米发光材料发展方向之一,因各种制备方法各有优缺点,将各种方法优化组

合可以扬长避短,纳米材料的表面效应是材料的重要结构特性,因此如何对纳米

材料进行表面修饰需要进一步探索,探索和建立稀土纳米发光材料的理论体系,

如颗粒尺寸对光学性能的影响有待给出定量的解释,微结构变化与荧光特性、掺杂离子类别、基质材料的组态、制备方法等的关系需要深入的探讨,在材料的实用化方面,必须解决的,关键问题是如何提高纳米发光材料的稳定性及提高它的

发光亮度[3]。

总之,稀土纳米发光材料是一类具有广泛应用前景的材料,无论在理论上还

是实用化方面均需要深入的研究,随着这些研究的深入,此类纳米材料将在更广

泛的领域内得到应用。随着场发射(FED)和等离子体(PDP)发光显示技术的发展,对荧光粉的粒度分布大小、稳定性、发光效率、发光亮度以及导电性等提出了更高的要求,由于纳米发光材料显示了许多奇特的性能,因而它极有希望成为下一

代的新型发光材料,但同时也向我们提出了许多挑战。在制备方面,尽管采用多种物理或化学方法制备出不同尺寸、不同结构和不同组成的纳米发光材料,但仍需开展更深入细致的工作。这些工作主要包括如何制备高质量、高亮度、分散均匀、无团聚、稳定存在和晶形及粒度大小分布可控的稀土纳米发光粉体材料;如何将所获得的纳米粒子、纳米线、纳米管、纳米棒等一维稀土发光材料组装成发光薄膜或有序阵列等发光器件,等等。在理论方面,需要深入地研究表面界面效应和小尺寸效应所造成的不同于体相材料的光谱特性;需要弄清楚激活剂和缺陷在纳米颗粒的表面、界面和次级相间中的分布;需要理解能量的传递机制和电子-声子的相互作用等问题。在应用方面,必须解决稀土纳米发光材料稳定性不高和发光亮度不大等关键问题;并发展新型稀土纳米发光材料[4]。