浅谈稀土上转换纳米材料的研究进展

田重华

（合肥工业大学化学与化工学院，安徽合肥 230009）

稀土上转换纳米材料（UCNP）成为新型发光材料的研究重点之一，其遵循反Stokes 定律，可以被近红外光激发释放出可见光，由钪、钇以及镧系共17 种稀土元素特殊的电子轨道结构f-f 跃迁决定。激发方式包括激发态吸收上转换（ESA）、能量传递上转换（ETU）、光子雪崩上转换（PA）。UCNP 的高发光强度、长荧光时间及部分材料低毒性等特点使其成为现代LED 器件、生物医学等领域不可或缺的材料。常见的稀土发光材料有LED 显示屏、荧光光源、发光纤维等，其中发光纤维作为纺织工业及印染工业的新型材料有良好的研究前景。本文阐述稀土纳米材料的制备方法及其应用领域。

1 稀土上转换纳米材料的制备方法

1.1 溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是制备稀土掺杂纳米材料的主要方法之一，主要步骤为溶胶制备→凝胶制备→灰化→凝胶煅烧，制备过程简单，产品质量纯净，合成效率高，但是所需成本较高，反应温度及pH 控制较为严格［1］。通过金属醇盐溶液的水解反应和聚合反应制备具有金属离子的溶胶，产物经过进一步浓缩成为凝胶，凝胶经过煅烧形成材料产品，常应用于稀土掺杂铝酸盐、硅铝酸盐［2］以及稀土离子掺杂硼、硅、磷发光材料的制备。黄婷婷等［3］采用溶胶-凝胶法合成了系列Li2Eu4-x(MoO4)7：xYb3+红色荧光粉。由图1 可以看出，Yb3+掺杂量为0.24 mol 时，发光性能最好，再增加掺杂量，浓度淬灭。Hou 等［4］应用溶胶-凝胶合成与静电纺丝结合形成Tb2(WO4)3纳米线。

图1 395 nm 激发波长下Li2Eu4-x(MoO4)7：xYb3+的发射光谱