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溶胶凝胶法制备强键型稀土杂化发光材料

卢海峰  
【摘要】: 稀土元素由于具有独特的电子层结构因而在受到紫外光激发的时候表现出优良的光学性能。通过化学键将稀土离子配合物接枝到无机物基质上,可以制备兼具优异发光性能和稳定的物理化学性能的杂化材料。本文的研究工作初步探讨了通过溶胶凝胶法制备稀土杂化发光材料过程中的制备路线、发光体系以及制备工艺这三个方面的主要内容,并对所制备的稀土杂化发光材料的各种性能加以测试和分析。 在制备路线方面,选择了自然界较为普通的两种有机官能团磺酸基和巯基作为被修饰基团。分别对含有这两种基团的物质通过多种途经加以修饰,在修饰过程中引入了可水解聚合的有机硅烷基团。在稀土离子与修饰后得到的有机硅烷前驱体配位的情况下,通过有机硅烷基团的水解和聚合,制备了发光性能良好的含有稀土铕(发红光)、稀土铽(发绿光)和稀土钐(发红光)的杂化材料。通过对材料制备过程的研究表明,这两种化学修饰路线是切实可行的,拓展了杂化材料的制备路线。 在发光体系方面,选取了能够与稀土离子发生配位并且能与稀土离子进行有效分子内能量传递的三种有机配体:吡啶配体、杯芳烃配体和类β-二酮配体。分别将三类配体加以修饰,在修饰过程中引入可水解聚合的有机硅烷基团。在稀土离子与配体进行配位的同时,通过有机硅烷基团的水解、聚合,制备了具有优良发光性能的稀土杂化发光材料。含有铕离子的杂化材料在受到紫外光激发时能发射红光,含有铽离子的杂化材料在受到紫外光激发时能发射绿光。通过对所制备的发光材料的研究证实,在材料内部稀土离子与有机基团之间发生了配位,在受到激发的时候,在它们之间发生了有效的能量传递,从而导致了稀土离子的发光。 在制备工艺方面,本文对传统的溶胶凝胶法加以改进,通过对溶胶过程的控制来达到影响材料最终形貌的目的,最后不经研磨得到了具有微米尺寸的稀土杂化发光材料颗粒。该工艺主要建立在对溶胶过程中的胶团形成和有机硅聚合程度的控制上。实验结果证实,在无机离子和配体之间存在的配位作用对这些无定形材料体系内部各组分的排布情况存在着较大影响。虽然所有的杂化材料仍然为无定形态,各组分之间确实存在着一定程度的有序排列,而且有序排列的程度可以通过对实验条件的控制加以调节。


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