CaF2納米粉體的制備與CaF2/Er3+納粉體的熒光性能*

張 延， 梅炳初， 汪 思， 李威威

(武漢理工大學 材料復合新技術國家重點實驗室，湖北 武漢 430070)

CaF2晶體材料具有良好的透光性和較低的折射率，廣泛應用于國防、科研、航空、空間技術等領域。CaF2可用作紫外和紅外光學儀器的原件、高質量的顯微鏡、不可見光譜范圍的消色差鏡頭、天文望遠鏡及特種鏡頭等。氟化鈣透明陶瓷中可摻雜發光離子的濃度高于單晶材料中可摻雜的濃度，可以最大限度地提高泵浦效率和激光輸出效率。P Aubry等[1，2]等用反相微乳液法合成了平均粒徑為20 nm的CaF2/Yb3+納米粉體，用960 nm的光激發該粉體，獲得了650 nm的激發光，持續發光時間為40 us。李亞棟等[3]用水熱法制備了100 nm～350 nm的立方相CaF2/Re3+納米晶粒，其中，CaF2/Eu3+可發出589 nm的紅光，CaF2/Tb3+可發出546 nm的綠光。

高性能材料的廣泛應用越來越取決于對材料的晶粒尺寸和形貌的控制，目前制備不同形貌和粒徑分布的納米粉體的方法主要有：化學氣相沉積法[4]，共沉淀法[5,6]，溶膠凝膠法[7]，微乳液法[8]及模板法[9]等。其中微乳液法以其獨特的微觀結構使其在納米粒子的制備方面表現出無可比擬的優越性，不僅能夠制備粒徑分布均勻的納米粉體，還可以通過改變微乳液的各種結構參數調節其微觀結構來控制納米粉體的晶態、形貌及粒徑分布等，從而制備出所需性能的納米材料[10～12]。

1 實驗部分

1．1 儀器與試劑

日本Shimadzu RF-5301 PC型分子熒光光度計；UV/VIS/NIR紫外-可見-近紅外分光光度計(185 nm～3 300 nm)； Rigaku D/max-ⅡB型X-射線衍射儀(CuKα1，λ=0.154 1 nm，硅為內標)；Hitachi S-4800型場發射掃描電子顯微鏡(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(溴化十六烷三甲基銨，≥99.0%)， Er(NO3)3·5H2O(≥99.9%)，無水乙醇(≥99.7%)，分析純，國藥集團化學試劑有限公司；去離子水，實驗室超純水機制取。

1．2 制備

2 結果與討論

2．1 nano-CaF2的形貌

2．2 UV表征

λ/nm

2．3 激發光譜分析

圖3為4的室溫激發光譜。由圖3可見，在400 nm～525 nm波段有一個較尖銳的峰，其發光中心波長為481 nm。由Er3+的電子能級結構標準圖譜可知，481 nm是Er3+的特征激發波長，對應了Er3+的4I15/2→4F7/2受激發射躍遷，可以使其產生熒光效應。

λ/nm

2．4 發射光譜分析

1～4的發射光譜見圖4。由圖4可見，他們均在720 nm附近有一個尖銳的激發峰，對應于Er3+的2H9/2→4I11/2電子能級躍遷。推測其激發機理為：Er3+中處于2H9/2能級上的電子吸收481 nm波長光子的能量后，受激躍遷至4I11/2能級，并發出720 nm的紅色熒光。從圖5可見，隨著Er3+摻量的增加，1～4的發光中心波長分別為721.0 nm， 718.0 nm， 717.8 nm和717.0 nm，表明所得粉體的熒光發光波長隨Er3+摻量的增加略有減小，呈藍移趨勢。

λ/nm

3 結論

(1) 用乳液法和沉淀法制備了CaF2納米粉體，其中微乳液法制備的CaF2形貌規則、單分散性良好，且粒徑大小分布均勻；沉淀法制備的CaF2粉體粒度不均勻，團聚較嚴重。

(2) CaF2/Er3+粉體的室溫激發光譜，在400 nm～525 nm波段有一個較尖銳的峰，其發光中心波長為481 nm。

(3) 用481 nm的光激發不同摻雜濃度的CaF2/Er3+粉體,發出了720 nm左右的紅色熒光；不同摻雜濃度的CaF2/Er3+粉體熒光發光波長隨Er3+摻量的增加呈藍移趨勢。

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