稀土掺杂纳米材料的制备及研究

姜霁涛

(甘肃稀土新材料股份有限公司，甘肃 白银 730922)

根据目前的行业标准，一般对晶粒尺寸在纳米级的材料称为纳米材料。纳米材料具有十分多的优点是纳米材料在各行各业的应用当中都有十分重要的一个体现，尤其纳米材料在电磁学和光学领域，它具有十分明显的一个优势，自从20世纪60年代实现了稀土氧化物的高纯化之后，稀土发光材料有了一个十分大的进展。目前对于纳米材料研究的一个重要的方向是对稀土掺杂纳米材料。因为稀土掺杂纳米材料它具有十分明显的光学性能和在荧光生物标记方面有十分显著的优势。

1 稀土掺杂纳米材料制备方法

（1）液相法。液相法制备稀土掺杂纳米材料是当前工业生产和实验室中普遍采用的方法，通过溶液中不同的离子和分子发生复分解反应、络合反应、水解反应或聚合反应产生固体沉淀，对反应过程中的温度、反应物浓度以及搅拌速度等进行调整和控制，便能够得到尺寸在纳米级别的固体颗粒，液相法操作过程比较简单，原料成本低，控制效果好，产物纯度高，在实际材料制备过程中有十分广泛的应用。主要的液相法制备稀土掺杂纳米材料方法如下所示。

①水热法。在高压釜中以水溶液为反应体系，加热到临界温度，产生高压环境进行材料制备的方法为水热法，水热法能够有效合成超细微粉，反应速度快，安全性好。合成的产品纯度较高，分散性好，且无需做高温处理，能够防止粉体硬团聚。但是相对于其他方法来说，水热法需要用到高压设备，制备成本较高，所得产物的发光能力较弱，因此利用水热法进行的稀土掺杂纳米材料制备和改进工作还存在一定的难度[1]。②沉淀法。沉淀法在进行稀土掺杂纳米材料制备方法当中具有十分多的一个优点，它能够大大的降低成本并且它的制作工艺也比较简单，所需要的时间也十分的短，经常应用在工业化的生产过程当中。但是在进行生产的过程当中，由于沉淀法得到的纳米材料，它的颗粒直径比较大，产物纯度十分的低。这也严重的制约了沉淀法的使用。因此还需要通过其他更多的方法来更好的研究对稀土掺杂纳米材料的制备。③溶胶-凝胶法。溶胶-凝胶法是一种常用的纳米材料制备方法，把无机盐类或者金属醇盐协调水解的到均相溶液中，加入鳌合剂、催化剂、溶剂等形成无流动性的水溶胶，然后将其转化为均匀凝胶，除去凝胶中的酸根、水和有机物并进行热处理和干燥，就可以得到纳米粉体材料。与其他制备方法相比，溶胶凝胶过程更容易控制，掺杂过程简单，比较适合于制备粒径小，纯度高，化学活性高，分布窄的非晶态材料。但溶胶-凝胶法相对来说制备时间过长，成本较高，反应过程不容易控制，最终制备纳米颗粒的质量得不到有效保障，从而会影响最终掺杂的效果[2]。④燃烧法。燃烧法将有机燃料和金属的硝酸盐互相混合于水溶液当中，蒸发水分，发生爆炸性的化学反应，爆炸产生的热量会加快产物的生成，抑制颗粒的生长，从而能够得到纳米尺寸的材料。材料尺寸可以通过改变反应物的比例进行调整，燃烧法是一种高效节能的合成方法，燃烧的气体可以防止稀土材料中各种过渡元素被氧化，合成温度较低，安全性好，有十分重要的应用价值。将不同浓度的氨基酸和硝酸稀土在蒸发皿中进行充分的混合，可以得到前驱体溶液，加热至迅速燃烧，燃烧结束之后会得到白色疏松的泡沫状固体，该固体具有良好的光学性能，制得的产物纯度较高，呈泡沫状疏松的状态，容易粉碎。但通过这种方法制备的稀土掺杂材料的发光亮度不容易受到破坏，稳定性较高，可以有效节约能源资源，降低生产成本。但燃烧法会在燃烧的过程中产生氨等不良气体，对环境产生一定的危害，所以燃烧法在实际工业中应用的范围依然存在一定的局限。⑤微乳液法。在此处还要介绍的一种方法就是微乳液法。通过两种目前互不相溶的溶剂，在表面活性剂的帮助之下形成一种均匀稳定的乳液。来更好的调控溶剂的浓度。

微乳液法可以将整个反应过程控制在一个十分细小的球形液滴之内避免颗粒间的团聚很好的，改善了前面对于沉淀法制备的一个缺点。微乳液法制备的纳米，它的力度可以能够达到一个很好的有效和控制，并且能够更容易的得到分布窄并且分散性好的一个材料相比较其他的方法有着十分明显的一个优势，但是它的表面活性剂在某种程度上会影响纳米的质量。

（2）固相法。目前固相法是制备纳米的一项比较传统的一个工艺，它的制备方法十分的简单成本也十分的低，但是他的产量确实很高，在实际稀土掺杂纳米材料制备的过程当中，具有十分广泛的一个应用，目前固相法主要包括两种纳米材料制备的方法，但是这两种方法对于纳米颗粒的分散性都不好，所以说将会最终的影响稀土掺杂纳米材料发光的性能。

（3）气相法。气相法是常用的制备纳米材料的方法，也被广泛用于制备稀土掺杂纳米材料。气相法直接利用气体或其他方式，把反应原料转化为气体，在气体条件下完成各种物化反应，然后冷凝得到超细固体颗粒。气象法原料精炼容易，粒度分布均匀，粒度大小调整简单，产物纯度较高。但是气相法往往需要借助激光设备生产，激光器相对来说效率较低，电能消耗大，无法实现稀土掺杂纳米材料的规模化生产。

2 稀土掺杂纳米材料未来发展方向

稀土掺杂纳米材料具有很多优越的性能，在各种领域有巨大的应用潜力，尤其是在一些发光材料领域。随着科学技术的不断发展尤其是纳米材料科学技术的进步，目前已经有很多种方法可以制备出不同组成、不同结构以及不同尺寸的纳米发光材料。同时，测试技术的不断发展进步也为稀土掺杂纳米材料的检测和探究提供了技术支持。研究人员可以利用多种表征手段对稀土掺杂纳米材料的光学性能进行表征，明确所得材料的各种参数，为后续材料的应用进行指导。在实际进行稀土掺杂纳米材料的制备过程中也存在着各种各样的问题，比如纳米颗粒中的激活剂的分凝和分布问题，电子-声相互作用和体材料的不同问题，越过界面能量传递机制的变化问题等。在进行稀土掺杂纳米材料制备和应用过程中，要不断利用先进的科学技术和制备复合技术手段，发展高分辨率的光谱研究，建立起系统科学的稀土掺杂纳米材料制备与应用体系，不断加强对制备方法的探索和创新，从而能够利用最小的能耗在最短的时间制备出颗粒小、分散均匀、高晶度、发光性能好、稳定性高的材料。

3 结语

综上所述，稀土掺杂纳米材料在光电子学和电子学的发展过程中有至关重要的作用，纳米掺杂材料具有很多独特的性能，解决了很多行业采用常规方法无法解决的问题，具有十分重要的应用价值，也是未来科技发展的重要方向。本文主要通过对稀土掺杂纳米材料的主要制备方法进行研究，指出了稀土掺杂纳米材料未来的发展方向和发展趋势，希望能够提高纳米材料掺杂效率，保证稀土掺杂纳米材料的性能，为相关行业的研究提供一定的参考。