共掺杂Y2O3/Eu3+纳米材料的高压研究

We plan to carry out the high pressure study of Y2O3/Eu3+ nanomaterials codoped with M（M=Bi，K，Ba，Mg）ions by in situ Raman scattering,photoluminescence,and X-ray diffraction(including synchrotron X-ray diffraction) in this program.We will study the behavior of structure change of codoped Y2O3/Eu3+ nanomaterials and explore the changes of ion distance and YO6 octahedron, and reveal the change behvior of local micro-structure and crystal field of Eu3+ under high pressure. We will study the behavior of photoluminescence of codoped Y2O3/Eu3+ nanomaterials during the changes of crystal lattice compression and YO6 octahedron deformation. And we will clear the behavior of energy transmission during the change of local micro-structure of Eu3+ under high pressure. We will reveal the change of luminescence enhancement behavior of codoping ions during crystal lattice compression, structure transion and amorphouzation-transition under high pressure. We will study the influences of morphologies, size and doping content on the codoped Y2O3/Eu3+ nanomaterials under high pressure. Our research will help us realise luminescence essence of codoped nanomaterials and provide us the guidance of fabrication,design and application of new-type codoped Y2O3/Eu3+ nanomaterials.

本项目拟以M（M=Bi，K，Ba，Mg）离子共掺杂Y2O3/Eu3+纳米材料为研究对象，利用Raman散射、PL光谱和XRD（含同步辐射X光衍射）技术，高压原位研究共掺杂Y2O3/Eu3+纳米材料在高压下结构变化行为，探索压力下离子间距、YO6八面体的变化行为，揭示Eu离子局域微结构和晶体场的变化规律；研究高压下共掺杂Y2O3/Eu3+纳米材料光致发光光谱在晶格压缩、八面体形变过程的变化规律，明确压力下Eu离子局域微结构变化时的能量传递行为，揭示共掺杂离子在晶格压缩、结构转变以及非晶转变过程中发光增强行为的变化机制；同时研究压力下形貌、尺寸以及掺杂含量等因素对共掺杂Y2O3/Eu3+纳米材料发光性质的影响规律，认识共掺杂体系纳米材料发光性能增强的本质特性，为制备、设计、应用新型共掺杂Y2O3/Eu3+纳米材料提供指导。

掺杂稀土氧化物纳米体系的能级跃迁行为受到晶体结构变化、晶体微结构改变以及掺杂行为等因素的明显影响，利用压力对于晶体结构的调制作用，研究调制作用下晶体微结构对于掺杂Eu离子能级跃迁环境以及跃迁行为的改变，对于理解基质晶格与掺杂离子间能量传递行为规律，认识共掺杂体系纳米材料发光性能增强的本质特性具有重要意义。通过三年的工作，本项目在如下几个方面取得进展：（1）得到压力下Y2O3/Eu3+纳米管的压致非晶结构转变行为信息，获得压力下Y2O3/Eu3+纳米管Y-O键键长变化行为，发现压力下Y2O3/Eu3+纳米管结构单元YO6八面体的畸变行为，同时发现该行为与形貌有密切关系。该研究从微观角度为压力下稀土倍半氧化物纳米材料微结构变化行为提供了解释。（2）发现Y2O3/Eu3+纳米管在同一结构下的不同微观状态，对应于Eu3+离子能级跃迁的不同晶体场环境，并确认其源自基质晶格YO6八面体的畸变行为，该研究将压力下晶格微结构与晶格无序态建立了联系，拓展了纳米材料压力下结构行为研究的内容和思路。（3）研究了压力下Y2O3/Eu3+纳米管掺杂离子Eu3+上转换发光光谱，从晶格微结构变化角度对上转换发光谱随压力的变化给予解释，将晶格微结构变化与上转换光谱的高度敏感性结合起来，提出了采用上转换光谱来探测压力下晶格内部微结构变化的方法，对压致微结构研究具有重要价值。（4）研究了其他掺杂离子如Mg2+/Eu3+离子共掺杂情况下，Y2O3纳米棒基质晶格的微结构变化行为，同时揭示了掺杂离子对晶格修饰情况下Y2O3纳米棒不同微结构的变化机理，为分析掺杂离子与基质晶格间能量传递行为提供指导。（5）为深入揭示纳米材料形貌对压力行为的影响, 研究了ZnS纳米片的高压行为。发现在低压力下ZnS纳米片出现高压结构相变，且高压相可常压环境下保存，发现ZnS纳米片的形貌特征对该奇异压致相变行为起到决定性作用。该研究为理解其他不同形貌掺杂Y2O3纳米材料的高压行为起到借鉴作用。