纳米金刚石基稀土杂化发光材料的制备及发光性能的研究

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近年来,纳米金刚石(NDs)由于其化学物理稳定性、丰富的表面基团和低毒性等优异性质,使其在光学和生物医学领域中引起了全世界的注意。然而,对于初级尺寸为3~5 nm的NDs的发光通常非常差,这已经变成阻碍其在生物成像和发光装置中应用的巨大障碍。因此,对如何弥补NDs的发光弱的研究就显得尤为重要。基于以上考虑,本论文主要通过一系列简单的液相化学合成和修饰方法来制备了一系列的纳米金刚石基稀土杂化发光材料,并对其形貌结构、发光性能和潜在应用进行了研究。主要取得了一下成果:  1.纳米金刚石-均苯四甲酸-稀土杂化发光材料  通过用稀土(RE)配合物共价官能化NDs表面来制备明亮的杂化发光材料。其中,均苯四甲酸(PMA)作为有机敏化剂,通过化学反应共价连接到氨基封端的NDs表面上以螯合镧系元素离子(Eu3+和Tb3+)的发光。通过调节Eu3+与Tb3+的摩尔比率(x:y=1:0、1:1、1:5和0:1),ND-PMA-EuxTby的杂化材料的发射颜色可以从红色分别调节到橙色、黄色和绿色。未共掺的ND-PMA-Eu和ND-PMA-Tb杂化发光材料的荧光衰减曲线与相应的稀土配合物相比较可以得到我们所制备的杂化材料具有更长的寿命,分别是0.82和0.92 ms。此外,杂化复合材料在254 nm紫外灯下照射60 h,在该过程中其发光强度与稀土配合物相比衰减较慢,具有很好的光稳定性。值得注意的是为了验证所制备的杂化发光材料的应用前景,我们使用合成后的ND-PMA-Eu和ND-PMA-Tb作为磷光体,涂覆在紫外(UV)芯片(280 nm)上,通过封装工艺技术制备出了红色和绿色两种发光二极管(LED)器件。此外,我们对合成的杂化材料的温度传感特性进行了研究,发现共掺杂的复合材料ND-PMA-Eu1Tb5从10 K到300 K的温度范围内能够显示出明显的温度依赖性发光行为。在温度变化的过程中发生了从 Tb离子到 Eu离子的能量转移。因此,基于纳米金刚石的发光杂化材料可能在光学件、生物成像和温度传感等领域中发现潜在的应用。  2.纳米金刚石-α-噻吩甲酰三氟丙酮-稀土杂化发光材料  首先我们对α-噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)进行了硅烷化,得到功能化的TTA-Si有机配体。通过使用TTA-Si作为有机敏化剂,共价连接到硅烷化的NDs表面上来螯合镧系元素离子Eu3+发光。结果显示,通过360 nm的激发波长激发下,可以得到稀土Eu离子的特征发射,该波长对目前成熟的器件封装工艺具有很大的优势。
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