基于稀土有机—无机杂化纳米发光材料的制备分析

张明德 刘汝怀 叶锦华（广东纳明新材料科技有限公司)

纳米科技的重要产物是纳米材料， 纳米材料是纳米科技发展的重要基石和研究对象。 随着掺杂稀土的纳米发光材料以其种类多、性能优良等特性，已经在信息广告、绿色照明、医疗、光电子等领域广泛使用。 同时， 由于稀土具有较小的电子轨道半径，纳米尺度的限制对能级的影响并不明显，使得以稀土为基质的纳米发光材料显示出某些特殊的性质而受到更多的关注和研究。 掺杂稀土的纳米发光材料的常用制备手段有：沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、燃烧法、喷雾热解法、固相法、气相法等。

一、掺杂稀土的纳米发光材料制备方法综述

超微粒子的制备方法包括物理方法和化学方法两大类。 液相法和气相法中的绝大多数都属于化学方法， 机械粉碎法属于物理方法。 然而， 部分气相法在制备过程中并没有发生化学变法，固相法则涉及固相-固相之间的反应。 根据制备材料的物料状态，可以将其分为固相法、液相法、气相法。 通过对掺杂稀土的纳米发光材料的制备方法加以综述， 期望能够寻找出优越实用的制备方法。

二、固相法

固相法属于传统的粉化工艺，该方法成本小、产量大、制备工艺简单。机械粉碎法和固相反应法是两种基本的固相法。有学者利用固相反应法生成了粒径达到20～30nm 的NiO 纳米粉体；还有学者在室温条件下成功利用固相反应法合成了分散性好、颗粒均匀的SiO2、CeO2、SnO2 等纳米微粒。但是固相法也有其自身的缺点，诸如能耗大、粒径分布不均匀、容易掺入杂质、颗粒外貌不规则等。

三、液相法

目前，实验室和工业生产中广泛采用的制备方法是液相法。该方法的原理是令溶液中的不同分子或离子发生化学反应，并生成固体产物。 其中涉及到的反应种类繁多，通常包括复分解反应、水解反应、络合反应、聚合反应等。 通过控制反应的浓度、温度、搅拌速度等在合理范围内，就能保证产生纳米颗粒。 液相法具有应用广、加工设备简单、反应原料易得、产品纯度高等优点。

3.1、沉淀法

沉淀法是一种常见有效的制造纳米发光材料的液相法。 其原理是：在包含1 种或多种离子的可溶性溶液中加入沉淀剂，令其发生水解反应析出不可溶的氢氧化物、水合氧化物或盐类，然后除去溶液中原有的阴离子， 经过热水解或脱水处理后即可得到纳米颗粒材料。 常见的沉淀法有均相沉淀法、共沉淀法、金属醇盐水解沉淀法等。 另外还有一种改进的沉淀法：把金属离子保留在凝胶网格中后再进行共沉淀， 通过控制凝胶网格的大小就能实现对纳米颗粒粒径的控制。 沉淀法具有工艺简单、生产成本低、反应速度快、反应条件相对宽松等优点，有利于大规模工业化生产；但是该方法得到的纳米颗粒纯度较低、粒径相对较大，并且对沉淀物进行水洗和过滤较为困难。

3.2、水热法

水热法是一种可以合成超细微粉的液相法。 该方法需要在高压釜中进行反应，选择水溶液作为反映体系，当反应体系的温度接近或达到临界温度时就能够形成发生无机合成所需的高压环境，从而进行纳米材料的制备。 水热法与一般的液相法相比，具有产品纯度高、分散性好的有点，并且反应不需要进行高温灼烧处理，但是需要高压装置，操作不便，产品的发光强度也较弱。

3.3、溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种可以制备多种掺杂稀土的纳米发光材料的液相法。 该方法要求在得到均相溶胶后，还需要加入溶剂、催化剂等形成不具有流动性的水溶胶， 并在一定条件下转化得到均匀凝胶，然后进行干燥处理去除有机物、水和酸根等，最后得到纳米发光材料。 这种方法反应过程容易控制、 便于稀土掺杂，能够在低温环境下制备高纯度的稀土掺杂纳米发光材料。 但是该方法成本高、反应时间长、微粒间烧结性能差并且容易形成团聚等缺点。

3.4、微乳液法

微乳液法是一种通过两种互不相溶的溶剂制备纳米材料的液相法。 该方法将表面活性剂加入到有机溶剂和水溶液中，生产一个均匀的乳液， 将液滴的尺寸控制在纳米级就能够从乳液中析出纳米颗粒。 该方法由于在一个极小的球形液滴内形成颗粒，从而可以有效避免颗粒间的团聚。 同时，该方法制备的纳米颗粒粒径较小且可控、易于实现连续操作。 但是由于引入了表面活性剂，造成纯度有所降低并且活性剂会影响到纳米材料的应用。

四、气相法

气相法是一种制备稀土掺杂的纳米发光材料的常用方法。该方法使参与反应的物料在气体状态下发生物理或化学变化，然后再冷凝得到纳米微粒的方法。 该方法的优点是原材料精炼过程简单、不易粘结且粒度分布较为均匀、产物纯度较高等。 但是有时需要通过各种方式将物料转变为气体形态， 电能消耗较大，目前对于实现规模化生产还具有一定难度。

五、稀土掺杂的有机—无机纳米发光材料的应用前景

稀土掺杂的有机—无机纳米发光材料具有许多独特的性能，使它成为新型发光材料的研究热点。 随着纳米材料制备技术的完善和提高， 目前已经有许多方法制备出不同结构和尺寸的纳米发光材料来满足需求。 但是还有许多问题有待进一步研究解决，诸如纳米颗粒中激活剂的分布分凝问题，越过界面时能量传递机制的转变问题， 声—电子的相互作用与体材料的不同等问题。 因此，研究不同的纳米发光材料制备方法，满足不同需求仍是今后努力的方向之一。

[1] 冯华君,陈渊,唐芳琼等.单分散GdxY2-xO3∶Eu3+纳米 颗粒的制备及其荧光性能[J].感光科学与光化学,2006,24(3).