CaF2纳米粉体的制备与CaF2/Er3+纳粉体的荧光性能*

张 延， 梅炳初， 汪 思， 李威威

(武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室，湖北 武汉 430070)

CaF2晶体材料具有良好的透光性和较低的折射率，广泛应用于国防、科研、航空、空间技术等领域。CaF2可用作紫外和红外光学仪器的原件、高质量的显微镜、不可见光谱范围的消色差镜头、天文望远镜及特种镜头等。氟化钙透明陶瓷中可掺杂发光离子的浓度高于单晶材料中可掺杂的浓度，可以最大限度地提高泵浦效率和激光输出效率。P Aubry等[1，2]等用反相微乳液法合成了平均粒径为20 nm的CaF2/Yb3+纳米粉体，用960 nm的光激发该粉体，获得了650 nm的激发光，持续发光时间为40 us。李亚栋等[3]用水热法制备了100 nm～350 nm的立方相CaF2/Re3+纳米晶粒，其中，CaF2/Eu3+可发出589 nm的红光，CaF2/Tb3+可发出546 nm的绿光。

高性能材料的广泛应用越来越取决于对材料的晶粒尺寸和形貌的控制，目前制备不同形貌和粒径分布的纳米粉体的方法主要有：化学气相沉积法[4]，共沉淀法[5,6]，溶胶凝胶法[7]，微乳液法[8]及模板法[9]等。其中微乳液法以其独特的微观结构使其在纳米粒子的制备方面表现出无可比拟的优越性，不仅能够制备粒径分布均匀的纳米粉体，还可以通过改变微乳液的各种结构参数调节其微观结构来控制纳米粉体的晶态、形貌及粒径分布等，从而制备出所需性能的纳米材料[10～12]。

1 实验部分

1．1 仪器与试剂

日本Shimadzu RF-5301 PC型分子荧光光度计；UV/VIS/NIR紫外-可见-近红外分光光度计(185 nm～3 300 nm)； Rigaku D/max-ⅡB型X-射线衍射仪(CuKα1，λ=0.154 1 nm，硅为内标)；Hitachi S-4800型场发射扫描电子显微镜(SEM)。

Ca(NO3)2·4H2O(≥99.0%), NH4F(≥96.0%), KF·2H2O (≥99.0%),正丁醇(≥99.5%)，正庚烷(≥97.0%)，CTAB(溴化十六烷三甲基铵，≥99.0%)， Er(NO3)3·5H2O(≥99.9%)，无水乙醇(≥99.7%)，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；去离子水，实验室超纯水机制取。

1．2 制备

2 结果与讨论

2．1 nano-CaF2的形貌

2．2 UV表征

λ/nm

2．3 激发光谱分析

图3为4的室温激发光谱。由图3可见，在400 nm～525 nm波段有一个较尖锐的峰，其发光中心波长为481 nm。由Er3+的电子能级结构标准图谱可知，481 nm是Er3+的特征激发波长，对应了Er3+的4I15/2→4F7/2受激发射跃迁，可以使其产生荧光效应。

λ/nm

2．4 发射光谱分析

1～4的发射光谱见图4。由图4可见，他们均在720 nm附近有一个尖锐的激发峰，对应于Er3+的2H9/2→4I11/2电子能级跃迁。推测其激发机理为：Er3+中处于2H9/2能级上的电子吸收481 nm波长光子的能量后，受激跃迁至4I11/2能级，并发出720 nm的红色荧光。从图5可见，随着Er3+掺量的增加，1～4的发光中心波长分别为721.0 nm， 718.0 nm， 717.8 nm和717.0 nm，表明所得粉体的荧光发光波长随Er3+掺量的增加略有减小，呈蓝移趋势。

λ/nm

3 结论

(1) 用乳液法和沉淀法制备了CaF2纳米粉体，其中微乳液法制备的CaF2形貌规则、单分散性良好，且粒径大小分布均匀；沉淀法制备的CaF2粉体粒度不均匀，团聚较严重。

(2) CaF2/Er3+粉体的室温激发光谱，在400 nm～525 nm波段有一个较尖锐的峰，其发光中心波长为481 nm。

(3) 用481 nm的光激发不同掺杂浓度的CaF2/Er3+粉体,发出了720 nm左右的红色荧光；不同掺杂浓度的CaF2/Er3+粉体荧光发光波长随Er3+掺量的增加呈蓝移趋势。

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