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多金属氧酸盐纳米复合膜的制备、表征与光致发光/变色性质研究

张宏宇  
【摘要】: 二十一世纪的“光子时代”即将到来! 近十年来,纳米科学、材料科学、微电子科学以及超分子科学等学科的不断交叉发展和积累,为新型无机-有机发光,光电变色材料提供了坚实的理论准备。功能性薄膜材料在材料科学领域中起着举足轻重的作用。这些有序的分子膜主要是通过LB技术,自组装技术和聚电解质交替沉积技术来组装实现的。它们在纳米材料,传感器,光学器件等领域有广泛的应用前景。 多金属氧酸盐(POMs)是一类有确定结构,且具有多种功能特性的金属氧簇化合物。它们作为构建功能材料“万能”的无机建筑块吸引了广泛的关注,现已经成为国际上的研究热点。若将功能性的多金属氧酸盐应用到薄膜领域中,这将极大拓宽材料科学的研究领域,具有现实意义。基于以上观点,作者对含有多金属氧酸盐的发光和光致变色薄膜进行了研究,并取得了一些有益的成果。具体结果如下: 1.用Layer-by-Layer静电自组装的方法成功的构建了一系列具有荧光性质的多层膜,{PEI/PSS/PAH/(POM/PAH)_n} (POM=[Eu(BW_(11)O_(39))_2]~(15-),[Eu(SiW_(11)O_(39))_2]~(13-),[EuP_5W_(30)O_(110)]~(12-))。用紫外光谱仪跟踪了多层膜的制备过程,发现吸收值随沉积层数的增加而线形增加。着说明了多层膜的沉积过程是一个均一过程。多层膜的X-ray光电子能谱不但证明了POM和PAH在膜中的存在,而且还给出了多层膜的增长性,与紫外光谱所得结果一致。原子力显微镜(AFM)图象表明多层膜表面较均匀,且覆盖率较高。说明用LbL的方法可以制备高质量的多层薄膜。薄膜的XRR谱未能给出令人满意的Kiessig边纹,因此无法获得准确的膜厚度和粗糙度。经过可靠的估算,多层膜的厚度在纳米尺度范围内。薄膜在室温下的荧光光谱显示出稀土离子Eu~(3+)的5~D_0→~7F_J的特征谱线,其发光行为与POM-Eu的固体样品相同。 2.用浸渍法制备了一种新型的光致变色复合膜EuP_5W_(30)/PVP,其发光行为也得到了研究。SEM图象给出了复合膜的表面形貌。观察到多金属氧酸盐簇与包裹在外层的PVP形成球状的粒子。膜的红外光谱 证实了无机、有机物种间的相互作用,但EuPSW3。的几何构型在复合 物中保持不变。复合物体现明显的三步失重,基于失重百分数得膜的 实验式为WPh2厌uPSW30)田ZO)102。复合物的光致变色行为用紫外光 验证。经紫外光照射后复合膜在可见区的吸收强度强烈增强。在氧气 的存在下,复合膜表现出可逆的变色行为。顺磁共振(ESR)证实了 其变色机理,是由于生成了还原物种的杂多蓝,而使复合膜具有变色 行为。此外,复合膜的荧光光谱也得到了研究。其体现了Ef”的’D。 一h的特征发射谱线。


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