氧化銦錫納米粒子的低溫溶劑熱法制備和上轉(zhuǎn)換發(fā)光分析

摘 要：文章用乙二醇為溶劑的溶劑熱法200℃下制備氧化銦錫（ITO）納米粉體，具體探究了氧化銦錫納米應(yīng)用低溫溶劑熱法的制備方法以及轉(zhuǎn)換發(fā)光分析。并且對低溫溶劑熱法的制備中運(yùn)用了以下兩種上轉(zhuǎn)換納米熒光粉，即In2O3：Er3+/Yb3+、In2O3：Ho3+/Yb3+。

關(guān)鍵詞：氧化銦錫；納米粒子；低溫溶劑熱法；制備；上轉(zhuǎn)換發(fā)光

氧化銦錫（ITO）是在In2O3中添加SnO2所形成的一種固體溶液，是一種半導(dǎo)體材料，得到了很多國家的青睞。氧化銦錫具有良好的導(dǎo)電率、很強(qiáng)的硬度、耐磨性能好、化學(xué)腐蝕性能好等方面的特性，被廣泛地應(yīng)用在固體平板顯示器、太陽能電池、電磁屏蔽、半導(dǎo)材料中。在應(yīng)用的時候需要將氧化銦錫制作成膜，成膜之前需要制備氧化銦錫的靶材，對靶材的密度性能有著很高的要求。在一般情況下，會應(yīng)用氧化銦錫納米粉體真空壓制成靶材。溶劑熱法是建立在時代發(fā)展基礎(chǔ)上得來的一種全新的納米粉體合成方式，處于相同的溫度環(huán)境中，溶劑熱度形成的壓力會大于水熱合成壓力，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)物的結(jié)晶。

1 氧化銦錫納米粒子的低溫溶劑熱法制備

1.1 實驗

實驗根據(jù)計劃所需要稱量氯化銦、氯化錫，將少量稀鹽酸溶劑進(jìn)行溶解，完成攪拌后，在已經(jīng)溶解的溶液中滴入25%的氨水溶液，并控制酸堿值保持在7前后，攪拌之后的一小時便可獲得前驅(qū)體。最后，再將其移動到聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，在相應(yīng)的溫度環(huán)境下反應(yīng)一段時間。待完成反應(yīng)之后，便可以對所獲得的沉淀物離心并洗滌，從而獲得氧化銦錫納米粉體。

1.2 實驗結(jié)論

1.2.1 實驗溶劑的選擇。將不同形式的水與有機(jī)醇作為實驗所需溶劑，基于200℃的環(huán)境下，通過溶劑的熱反應(yīng)獲取所需的氧化銦錫納米粉體XRD圖，如圖1所示。從圖1可知，在用乙二醇作為溶劑的時候，得到的XRD圖和In2O3標(biāo)準(zhǔn)卡片的吻合度表現(xiàn)良好，而用水作為溶劑都無法通過實驗獲取氧化銦錫納米粉體。所以，選擇正確的溶劑是形成氧化銦錫納米粉體的重要前提。

1.2.2 氧化銦錫納米粉體粒度分布狀態(tài)與粒子形貌。通過對實驗的觀察可知，當(dāng)反應(yīng)溫度處于200℃時，那么我們便可以在獲得ITO納米粉體掃描電鏡圖片中了解到，氧化銦錫粉體顆粒的分布狀態(tài)十分均勻，這也證明了其本身具有很好的分散性。用激光納米粒度分析儀測量的樣品的粒度分布曲線則是顯示出樣品選擇進(jìn)行實驗之后的平均粒約為30nm，和SEM圖表示的粒徑大小一致。和其他方式得到的氧化銦錫納米粉體相比，溶劑熱合成法得到的粉體更均勻，且不需要進(jìn)行高溫煅燒處理。

2 Er3+/Yb3+共同摻合納米In2O3制備和上轉(zhuǎn)換發(fā)光研究

2.1 實驗部分

除以上介紹的試劑外，還需氧化餌（AR）、氧化鐿（AR）。根據(jù)計算稱好所需要試劑的量，將這些試劑溶解在硝酸溶液中，配置成0.1mol.L-1的硝酸溶液，之后取得氧化銦錫配置成0.5mol.L-1的硝酸溶液。根據(jù)摻雜比，取適當(dāng)?shù)腎n（NO3）3、Er（NO3）3、Yb（NO3）3溶液放置在燒杯中。經(jīng)過攪拌之后加入適當(dāng)?shù)腜EG4000分散劑和氨水溶液繼續(xù)攪拌。在多次攪拌和分離工作完成之后，得到Er3+/Yb3+共同摻合納米In2O3納米粉體。

2.2 結(jié)論分析

2.2.1 上轉(zhuǎn)換熒光光譜及紫外可見漫反射光譜。在In2O3中不摻加離子與稀土離子之后，及應(yīng)用不同制備方式得到的樣品在980nmLD激發(fā)下上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖如圖2所示。由圖2（a）可知，沒摻雜的和單摻雜的在980nmLD激發(fā)下都沒上轉(zhuǎn)換發(fā)光；而單摻雜Er3+離子的和雙摻雜Er3+/Yb3+的分別在980nm LD激發(fā)下都能發(fā)生上轉(zhuǎn)換發(fā)光，只是單摻雜Er3+的發(fā)光很微弱，當(dāng)共摻雜了Yb3+離子敏化劑后，發(fā)光強(qiáng)度大大提高，說明Yb3+離子對In2O3上轉(zhuǎn)換發(fā)光有很好的敏化效果。但由溶劑熱法合成的發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)比共沉淀法得到的強(qiáng)得多，這種現(xiàn)象主要可能是溶劑熱法合成的樣品納米化的結(jié)果。

2.2.2 離子不同摻雜濃度對上轉(zhuǎn)換發(fā)光特征的影響。樣品形成的綠光與紅光的發(fā)射強(qiáng)度會受Yb3+離子濃度影響而發(fā)生改變，離子濃度越大，樣品的綠光與紅光也會越來越強(qiáng)，并且在摻雜量停留在3%時，達(dá)到發(fā)光強(qiáng)度的最大值，在這之后強(qiáng)度會馬上減弱，由此可見，體系的最佳摻雜量為In2O3：3%Er3+，3%Yb3+。

3 In2O3：Ho3+，Yb3+納米晶體的制備和上轉(zhuǎn)換發(fā)光研究

3.1 實驗部分

除了上文介紹的試劑之外，還需應(yīng)用分析純的氧化鈥、氧化鏡。制備方法同上，最后得到In2O3：Ho3+/Yb3+納米粉體。

3.2 結(jié)論分析

3.2.1 上轉(zhuǎn)換熒光光譜與紫外可見漫反射光譜分析。In2O3在不摻雜離子和摻雜離子之后，應(yīng)用不同制備方式得到的樣品在980nmLD激發(fā)下上轉(zhuǎn)換熒光光譜圖如圖2（b）所示。由圖可知，未摻雜稀土離子的In2O3和單摻雜了Ho3+離子或Yb3+離子的In2O3樣品在980nmLD激發(fā)下都沒發(fā)生上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象；而共摻后在980nmLD激發(fā)下能發(fā)生上轉(zhuǎn)換發(fā)光，并且共摻雜了Yb3+離子敏化劑后，發(fā)光強(qiáng)度大大提高，說明Yb3+離子對In2O3上轉(zhuǎn)換發(fā)光有很好的敏化效果。但溶劑熱法合成的In2O3：Ho3+/Yb3+熒光強(qiáng)度比共沉淀法所得到樣品的熒光強(qiáng)度要強(qiáng)得多，這現(xiàn)象主要可能是溶劑熱法合成的樣品納米化的結(jié)果。

3.2.2 離子不同摻雜濃度對上轉(zhuǎn)換發(fā)光特征的影響。共摻后樣品的綠光、紅光發(fā)射強(qiáng)度均隨著Yb3+離子濃度增大而呈先增強(qiáng)后減弱的變化，綠光在Ho3+濃度為3%時強(qiáng)度達(dá)到最大值，之后隨著Yb3+離子濃度增加綠光發(fā)射快速猝滅，而紅光發(fā)射在Ho3+離子摻雜濃度為2.5%時才達(dá)到最大值。另外，從熒光粉發(fā)光機(jī)理可知，摻雜離子激活對粉體的發(fā)光本身會產(chǎn)生重要的影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，以乙二醇為溶劑，在200℃的環(huán)境下應(yīng)用溶劑熱法制備出了氧化銦錫納米粉體。并以此分析為基礎(chǔ)，進(jìn)一步探究了幾種上轉(zhuǎn)換納米熒光粉制備，為把氧化銦納米材料組裝成發(fā)光薄膜提供了重要的研究應(yīng)用支持。

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