● 摘要
稀土掺杂纳米晶体作为一种独特的发光材料，近年来在各个相关领域得到了广泛的应用。稀土离子特殊的能级结构和丰富的荧光辐射使得该类材料呈现出优异的光学性能，因而受到众多研究人员的广泛关注。目前该类材料的制备方法较多，其主流方法包括沉淀法、水热法、高温固相法等。对其光学性能的研究主要是利用激光光谱学方法获取时域、频域光谱并进行相应的分析。本论文通过化学沉淀法、水热法和溶剂热法成功制备了发光性能优异的LaOF:Eu3+纳米晶体，利用XRD和TEM等手段对其进行表征，并借助于光谱学手段研究了影响其光学性能的相关因素。主要内容分为四个部分：第一部分通过化学沉淀法成功制备了发光性能优异的LaOF:Eu3+纳米晶体，并分析了退火温度、时间、掺杂浓度、反应物中H2O2含量和La3+与F-的比例等因素对其红色荧光辐射的影响规律。第二和第三部分通过改进原有的制备方法，利用水热法和溶剂热法成功制备了LaOF:Eu3+纳米晶体，同时分析了晶体结构和晶格常数的变化对其发光效率的影响规律。第四部分通过对时域和频域光谱分析研究了制备工艺对其颗粒尺寸、掺杂浓度、表面修饰、局域环境、荧光发射和荧光寿命的综合影响。
第一部分 化学沉淀法制备发光性能优异的LaOF:Eu3+纳米晶体
原有的化学沉淀法获取的LaOF纳米晶体主要是被用来作为一种性能良好的催化剂。本实验通过此方法首先获得了发光性能较好的四方相LaOF:Eu3+纳米晶体；然后通过改变反应物中La3+与F-的比例，得到了三方相的LaOF:Eu3+纳米晶体；综合分析表明掺杂浓度、反应温度和反应物中H2O2含量对其红色荧光发射强度均有较为明显的影响，在我们的实验环境中，当掺杂浓度为9.0 mol%、温度在650 ℃、反应物中H2O2含量为50ml时，四方相LaOF:Eu3+纳米晶体的红色荧光发射最强。
第二部分和第三部分 水热法和溶剂热法制备发光性能优异的不同晶相的LaOF:Eu3+纳米晶体
原有的水热法和溶剂热法在制备四方结构的LaOF:Eu3+时，退火温度过高，使得样品的分散性降低。该实验通过降低退火温度（从800 ℃降到460 ℃），同时改进相关实验条件，获得了发光性能优异的立方相和四方相LaOF:Eu3+纳米晶体。四方结构的LaOF:Eu3+的红色荧光辐射强于立方相晶体对应的强度，我们针对不同晶相的样品从晶体结构和局域对称性等角度对此做了详细的分析，分析结果表明：四方结构LaOF的各向异性高于立方相的，致使5D0→7F2受迫电偶极跃迁的辐射几率增大，这是四方结构的LaOF:Eu3+的红色荧光辐射增强的主要原因；XRD卡片号不同（PDF Card No.:05-0470、44-0121）、晶相相同（均为四方相）的LaOF:Eu3+纳米晶体的荧光辐射强度不同的主要原因在于样品结晶程度、稀土离子实际掺杂浓度以及颗粒尺寸的不同。研究结果表明：卡片号为44-0121的样品实际掺杂浓度相对较大，结晶程度较差，颗粒较小，红色荧光发射较强。
第四部分 制备工艺对四方结构的LaOF:Eu3+纳米晶体的影响
我们通过化学沉淀法、水热法、溶剂热法都成功地合成了四方相LaOF:Eu3+纳米晶体，但不同的制备工艺对所得样品的平均粒径、晶体结构、局域对称性、荧光发射和荧光寿命等均有较为明显的影响。实验结果表明：其它条件相同时，化学沉淀法制得的四方相LaOF:Eu3+纳米晶体的平均粒径最小，荧光寿命最短，荧光辐射最强；溶剂热法制得的样品荧光发射最弱；但水热法和溶剂热法制备的样品的分散性相对较好。稀土离子掺杂浓度对三种合成工艺制得的样品中红色荧光辐射强度的影响规律相同：掺杂浓度为9.0 mol%，四方相LaOF:Eu3+纳米晶体的红色荧光发射最强。