稀土摻雜納米磷酸鑭發(fā)光材料的研究進展

王 瑩，萬雪飛，于 淼，劉曉昕，段雨秀，劉麗艷*，王曉丹

(1 沈陽師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 沈陽 110034 ；2.朝陽市第一中學(xué)，遼寧 朝陽，122000)

稀土摻雜納米磷酸鑭發(fā)光材料的研究進展

王 瑩1，萬雪飛1，于 淼1，劉曉昕1，段雨秀1，劉麗艷1*，王曉丹2

(1 沈陽師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 沈陽 110034 ；2.朝陽市第一中學(xué)，遼寧 朝陽，122000)

磷酸鑭具有熱穩(wěn)定性高、折光率大、聲子能量低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點，是一類優(yōu)良的發(fā)光基質(zhì)材料。稀土摻雜磷酸鑭是發(fā)光效率最高的發(fā)光材料之一，并且其熱穩(wěn)定性和真空紫外輻照維持率優(yōu)于其他發(fā)光材料，在高密度激發(fā)和高能量量子激發(fā)發(fā)光材料研究中具有廣泛的應(yīng)用，引起人們的特別關(guān)注。合成方法對于無機材料的顆粒尺寸和微觀形貌影響巨大，同時對于材料的物理化學(xué)性質(zhì)也有著重要的影響。本文綜述了合成方法與稀土離子摻雜情況對于磷酸鑭發(fā)光性能的影響，并對這種發(fā)光材料未來發(fā)展進行展望。

磷酸鑭，納米材料，離子摻雜，發(fā)光材料，應(yīng)用

稀土正磷酸鹽具有熱穩(wěn)定性高、熔點高、水溶性低、折射率大、聲子能量低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸收能力強等優(yōu)點，在固體發(fā)光、現(xiàn)代顯示器件、細胞內(nèi)標記、耐熱陶瓷材料等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。代表性化合物磷酸鑭是一種性能優(yōu)良的發(fā)光基質(zhì)材料，稀土摻雜磷酸鑭也是發(fā)光效率最高的發(fā)光材料之一，其熱穩(wěn)定性和真空紫外輻照維持率優(yōu)于其他發(fā)光材料，在高密度激發(fā)和高能量量子激發(fā)發(fā)光材料研究中具有特殊地位。本文綜述了稀土摻雜磷酸鑭常見的合成方法以及合成方法對于磷酸鑭物相結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響，并對這種發(fā)光材料的未來發(fā)展趨勢進行了展望。

1 合成方法

1.1 水熱法

水熱法是一種常規(guī)的無機化合物合成方法，此方法所得產(chǎn)物發(fā)光度高、分散性好。樸棟海等人[1]在無模板劑條件下，在180℃下利用水熱法合成了LaPO4:Eu3+納米棒，隨后在140℃下獲得LaPO4:Eu3+-Fe3O4復(fù)合材料，并對樣品的物象、形貌、磁性和發(fā)光性質(zhì)進行了研究。汪凱等人[2]利用水熱法在時間相同水熱溫度不同的條件下得到LaPO4納米棒，并對不同晶相產(chǎn)物下的光催化活性進行了比較。結(jié)果表明單斜相的LaPO4光催化活性較高。

1.2 高溫固相法

與其他方法相比高溫固相法是一種較為傳統(tǒng)的合成技術(shù)，具有制備粉體顆粒無團聚、成本低、產(chǎn)量大、制備工藝簡單的特點。魏宇峰[3]通過高溫固相法得到Ce3+，Tb3+共摻雜的LaPO4熒光粉，并且研究了煅燒溫度、離子摻雜濃度對發(fā)光性能的影響。夏瑤[4]通過高溫固相法合成了一系列具有單一晶相的LaPO4:Eu3+、Tb3+、Bi3+熒光粉。

1.3 共沉淀法

共沉淀法是目前研究最多的制備方法，通過在前驅(qū)物溶液中加入沉淀劑使之沉淀，隨后通過過濾、洗滌、烘干、研磨等步驟獲得目標產(chǎn)物。王靜等人[5]通過共沉淀法得到了Gd3+，Tb3+共摻雜的LaPO4熒光粉，并發(fā)現(xiàn)這種熒光粉可發(fā)射綠光，其發(fā)光性能與摻雜離子濃度有關(guān)。

1.4 溶劑熱法

溶劑熱法是指將原料溶于有機溶劑中，調(diào)節(jié)其pH值，攪拌混合均勻之后在一定的溫度和壓強下反應(yīng)可得到產(chǎn)品。王猛[6]利用溶劑熱法合成了單斜晶相的LaPO4:Ce,Tb納米棒。張藝[7]利用溶劑熱法制得了LaPO4:Eu3+納米晶體，該產(chǎn)品可發(fā)射橙紅光。

1.5 溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法中混合好的原料通過加熱攪拌、調(diào)節(jié)pH再加入磷酸形成溶膠，對溶膠干燥后獲得的凝膠煅燒，即可得到產(chǎn)物。Gao等[8]通過簡單的溶膠-凝膠法成功合成了均勻棒狀的單斜LaPO4納米結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)煅燒溫度和Eu摻雜量對LaPO4納米結(jié)構(gòu)發(fā)光性能具有影響。李劍生等人[9]通過溶膠-凝膠法制得了獨居石相的Gd3+單摻雜的LaPO4粉體，并發(fā)現(xiàn)離子摻雜濃度對產(chǎn)物相結(jié)構(gòu)等具有影響。

2 離子摻雜

2.1 單摻雜

單個稀土離子可摻雜進入基質(zhì)晶格，作為發(fā)光中心。Zhang等人[10]合成了LaPO4:Eu3+熒光體，通過控制pH可獲得單斜相和六方相產(chǎn)品。朱俊韶[11]通過水熱合成法制備出了LaPO4:Eu3+粉并發(fā)現(xiàn)酸性條件下制備的粉體熒光性能較高。李珍[12]制備了Sm3+摻雜的LaPO4納米纖維，并發(fā)現(xiàn)這種纖維發(fā)射明亮的橙光。聶金林[13]對合成的LaPO4:Dy3+粉體進行物象分析，結(jié)果表明鏑成功摻雜進入了LaPO4。

2.2 共摻雜

一般認為，兩種離子共同摻雜進入基質(zhì)內(nèi)部，如果兩種之間存在能量傳遞，則可以提高發(fā)光性能。例如楊紅艷等人[14]通過水熱法合成了Ce3+,Tb3+離子共摻的LaPO4納米晶粒具有較強的發(fā)光強度。宋雪霞等人[15]采用溶劑法在微反應(yīng)器中制得了Ce3+,Tb3+共摻雜LaPO4納米粒子，受激可發(fā)射綠色熒光，作者等人據(jù)此對其發(fā)光性能進行了詳細研究。

2.3 三摻雜

目前，人們大多將研究的重點放在以LaPO4為基質(zhì)的稀土單摻和共摻雜的納米發(fā)光材料，但是也有報道認為稀土離子三摻雜的LaPO4熒光粉由于其離子間存在能量傳遞，使其發(fā)光性能具有可調(diào)性。如Yang等人[16]通過簡單的溶劑熱方法成功的制備出了單分散稀土離子(Eu3+，Ce3+，Tb3+)摻雜的橢圓形貌LaPO4納米粒子，并對樣品進行了結(jié)構(gòu)與發(fā)光性能表征。

3 結(jié)論

由于稀土摻雜LaPO4納米發(fā)光材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和量子效率高，其未來的發(fā)展前景非常廣闊。目前，稀土摻雜磷酸鑭納米發(fā)光材料的制備方法還存在易引入雜質(zhì)、產(chǎn)物易團聚等缺點。因此還需對稀土摻雜磷酸鑭納米發(fā)光材料的制備方法做進一步研究，以提高稀土離子摻雜的物質(zhì)的發(fā)光效率。稀土離子的摻雜使得LaPO4基質(zhì)具有特征性發(fā)光，可根據(jù)實際需要通過共摻雜的方式來調(diào)節(jié)發(fā)光特性，但對稀土離子三摻雜LaPO4發(fā)光材料的研究較少，未來這方面研究有待加強。

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ResearchProgressofRareEarthDopedLanthanumPhosphateLuminescentNanomaterials

WangYing1,WanXuefei1,YuMiao1,LiuXiaoxin1,DuanYuxiu1,LiuLiyan1*,WangXiaodan2

(1.School of Chemistry and Chemical Engineering, Shenyang Normal University, Shenyang, Liaoning 110034, China 2.Chaoyang No.1 Middle School, Chaoyang, Liaoning 122000,China)

Lanthanum phosphate is characteristic for high thermal stability, high refractive index, low phonon energy and high chemical stability. It is also one kind of excellent luminescent matrix material. Rare earth doped lanthanum phosphate is one of the most effective luminescent materials, and its thermal stability and vacuum ultraviolet radiation maintenance rate is much better than other luminescent materials. Due to its broad application, it gains much attention especially in the field of high-density excitation and high-energy quantum luminescent materials. Usually, synthesis method has great influence on the particle size and microstructure as well as physical and chemical properties of inorganic materials. In this paper, the influence of synthesis method and rare earth ion doping on the luminescent properties of lanthanum phosphate is reviewed. The possible development future of this luminescent material is also prospected.

lanthanum phosphate, nanomaterials, ionic doping, luminescent materials, application

2017-09-21

遼寧省自然科學(xué)基金項目(201602674)、沈陽師范大學(xué)重大孵化項目(ZD201405)，沈陽師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目(201610166200031)資助

王 瑩(1994—)，女，沈陽師范大學(xué)化學(xué)專業(yè)學(xué)生。

TB34

A

1008-021X(2017)22-0058-02

(本文文獻格式：王瑩，萬雪飛，于淼，等.稀土摻雜納米磷酸鑭發(fā)光材料的研究進展[J].山東化工，2017，46(22)：58-59.)