超声波辅助离子液体法合成稀土氟化物纳米晶及其光学性能研究

氟化物声子能量低、能带隙宽、光透过区域宽、折射率低，是光学功能材料的优良基质之一。本项目拟采用新颖、安全、绿色、高效的超声波辅助离子液体法制备尺寸、形貌和组成可控的高质量稀土氟化物纳米晶，通过改变合成参数如离子液体的阴阳离子种类、反应物前驱体、反应物浓度以及超声波的频率、强度和辐照时间等来调控纳米晶生长的动力学及热力学因素；研究超声波和离子液体对纳米晶的作用机理；探索不同组成、结构、形貌和尺寸的纳米晶的形成机制及发光性质的变化规律；从理论上探讨稀土氟化物纳米发光材料的能级结构、能量传递和光谱特性，研究量子限域效应、小尺寸效应、表面效应对发光性能的影响。通过本项目的研究，对于发展无机纳米材料的绿色合成以及揭示纳米晶的形成机理和光学性质具有重要科学意义，为进一步实现它们在发光与显示、生物荧光标识等领域的应用提供重要的理论和实验基础。

采用超声化学等方法合成了一系列尺寸均一、分散性好并具有特殊结构的稀土氟化物纳米材料，研究了其生长机理及发光性能，并进一步研究了尺寸、形貌、组成、结构等因素对纳米材料发光性能的影响。获得的发光材料在LED、FED、生物标记、催化等方面具有潜在应用前景。取得的创新结果包括：(1) 采用超声化学法在离子液体中制备了高质量的LaF3:Tb3+、CeF3:Tb3+、Na0.41Y0.59F2.18等单晶纳米材料，详细研究了离子液体对产物的形貌、粒径、结构及发光性质等影响 ；(2) 采用超声化学法制备了花生状TbF3纳米发光材料，其形貌及发光性能可通过改变超声辐射条件及氟源来进行有效调控，以超声化学法制备的TbF3纳米材料的发光强度明显优于搅拌法得到的TbF3产物；(3) 采用搅拌法制备了均匀单分散的KY3F10:Ln3+ (Ln=Eu, Ce,Tb)纳米球，并详细研究了不同稀土离子掺杂的发光性质；(4) 采用超声化学法制备了一系列具有特殊形貌(包括片状、圆环状、球状、立方体状、管状、纺锤状、捆状等)的NaxLnyFx+3y(Ln=Sm, Eu, Gd)纳米材料，产物的形貌及组成可以通过改变反应物F/Ln (R(F/Ln))的摩尔浓度及无机盐(NaNO3)的反应浓度来进行调控。在大量的体系研究的基础上，我们总结了超声效应及离子液体对产物形貌及结构的影响。本课题的研究成果将有助于人们寻求更环保、快捷、经济的高质量稀土纳米晶的制备方法。已经在相关领域的核心杂志上发表论文18篇，其中SCI收录15篇，EI收录3篇, 另有5篇论文在投稿中。参加国际国内会议多次，口头报告2次。获得2013年“吉林省科学技术奖”一等奖一项(排名第四)。