[发明专利]一种稀土掺杂氧化锌纳米发光材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米荧光发光材料，尤其是涉及一种稀土掺杂氧化锌纳米发光材料及其制备。

背景技术

稀土掺杂的纳米半导体材料是一种新型的荧光发光材料，在光电子器件、液晶显示器等方面有着广阔的应用前景，受到国内外学者的普遍关注。其中ZnO是一种宽带隙半导体材料，它具有许多优异的物理化学性能，是一种良好的发光基质。由于三价稀土离子的半径比Zn²⁺离子大得多，而且两者的电荷不匹配，稀土离子一般很难以替换Zn²⁺格点位置的形式掺入ZnO纳米晶中。因而，所报道的都只能得到稀土在纳米晶表面或近表面的弱发光，没有解决稀土离子在ZnO中的有效掺杂。目前制备稀土掺杂ZnO纳米颗粒的方法主要有溶胶-凝胶法和反胶束法等，其中用的最多的是溶胶-凝胶法(Wang，X.et al.Luminescencespectroscopy and visible upconversion properties of Er3+in ZnO nanocrystals.Journal of Physical Chemistry B 108，18408-18413(2004)；Spanhel，L.&Anderson，M.A.Semiconductor Clusters in the Sol-Gel Process-QuantizedAggregation，Gelation，and Crystal-Growth in Concentrated ZnO Colloids.Journal of the American Chemical Society 113，2826-2833(1991))。本发明改进了溶胶-凝胶工艺，采用溶胶-凝胶共沉淀的方法，有效地解决了稀土掺杂问题，得到了强发光的稀土掺杂的ZnO纳米发光材料。

发明内容

本发明提出一种高发光强度的稀土掺杂ZnO纳米晶的制备工艺。

本发明制备的ZnO纳米晶的组分为：xRe³⁺-(1-x)ZnO(其中Re＝Pr，Nd，Sm，Eu，Tb，Dy，Tm，Ho，Er，Yb；x＝0.1-6mol％)。

本发明采用如下制备工艺：将稀土醋酸盐和醋酸锌混和均匀，在100-150℃干燥以除去结晶水，冷却加入无水乙醇，搅拌使之混合均匀，将上述混合物在60-90℃搅拌，将形成的乳浊溶液冷却到10℃以下，然后加入足量的氢氧化锂搅拌，得到凝胶状混合物；将足量正己烷加入到上述凝胶状混合物中，使之沉淀，静置将上层清液与沉淀分离，将得到的沉淀用无水乙醇洗涤，在40-80℃干燥，得到Re:ZnO起始纳米晶，将起始纳米晶在100-600℃热处理，得到Re:ZnO纳米晶。

制备出来的Re:ZnO纳米晶是纯的纤锌矿结构。XRD粉术衍射和透射电镜表明得到的是接近单分散3-50纳米的纳米晶小颗粒。通过选择激发波长，能得到强的、尖锐的稀土离子发光，表明稀土离子能够有效掺杂到ZnO纳米晶中，是一种优良的荧光发光材料。

本发明材料制备工艺简单、成本低、重复性好、可以进行大批量生产。本发明与目前国内外制备的Re:ZnO纳米晶相比，稀土离子可以有效地掺杂到ZnO纳米晶中Zn²⁺的格点位置，通过选择激发可以得到很强的稀土离子发光，是一种优良的新型发光材料。

附图说明

图1：不同掺杂浓度Eu³⁺:ZnO起始纳米晶400℃热处理30分钟(a)0.5at％，(b)1at％，(c)2at％和(d)Eu³⁺:ZnO(1at％)起始纳米晶XRD衍射图样；

图2掺Eu³⁺2at％的ZnO起始纳米晶在400℃热处理30分钟后的透射电镜图；

图3：掺Eu³⁺1at％的ZnO起始纳米晶在400℃热处理30分钟后的选择性激发发射光谱，激发波长为464.9nm和467.7nm。

具体实施方式