基于稀土有機—無機雜化納米發光材料的制備分析

張明德 劉汝懷 葉錦華（廣東納明新材料科技有限公司)

納米科技的重要產物是納米材料， 納米材料是納米科技發展的重要基石和研究對象。 隨著摻雜稀土的納米發光材料以其種類多、性能優良等特性，已經在信息廣告、綠色照明、醫療、光電子等領域廣泛使用。 同時， 由于稀土具有較小的電子軌道半徑，納米尺度的限制對能級的影響并不明顯，使得以稀土為基質的納米發光材料顯示出某些特殊的性質而受到更多的關注和研究。 摻雜稀土的納米發光材料的常用制備手段有：沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、微乳液法、燃燒法、噴霧熱解法、固相法、氣相法等。

一、摻雜稀土的納米發光材料制備方法綜述

超微粒子的制備方法包括物理方法和化學方法兩大類。 液相法和氣相法中的絕大多數都屬于化學方法， 機械粉碎法屬于物理方法。 然而， 部分氣相法在制備過程中并沒有發生化學變法，固相法則涉及固相-固相之間的反應。 根據制備材料的物料狀態，可以將其分為固相法、液相法、氣相法。 通過對摻雜稀土的納米發光材料的制備方法加以綜述， 期望能夠尋找出優越實用的制備方法。

二、固相法

固相法屬于傳統的粉化工藝，該方法成本小、產量大、制備工藝簡單。機械粉碎法和固相反應法是兩種基本的固相法。有學者利用固相反應法生成了粒徑達到20～30nm 的NiO 納米粉體；還有學者在室溫條件下成功利用固相反應法合成了分散性好、顆粒均勻的SiO2、CeO2、SnO2 等納米微粒。但是固相法也有其自身的缺點，諸如能耗大、粒徑分布不均勻、容易摻入雜質、顆粒外貌不規則等。

三、液相法

目前，實驗室和工業生產中廣泛采用的制備方法是液相法。該方法的原理是令溶液中的不同分子或離子發生化學反應，并生成固體產物。 其中涉及到的反應種類繁多，通常包括復分解反應、水解反應、絡合反應、聚合反應等。 通過控制反應的濃度、溫度、攪拌速度等在合理范圍內，就能保證產生納米顆粒。 液相法具有應用廣、加工設備簡單、反應原料易得、產品純度高等優點。

3.1、沉淀法

沉淀法是一種常見有效的制造納米發光材料的液相法。 其原理是：在包含1 種或多種離子的可溶性溶液中加入沉淀劑，令其發生水解反應析出不可溶的氫氧化物、水合氧化物或鹽類，然后除去溶液中原有的陰離子， 經過熱水解或脫水處理后即可得到納米顆粒材料。 常見的沉淀法有均相沉淀法、共沉淀法、金屬醇鹽水解沉淀法等。 另外還有一種改進的沉淀法：把金屬離子保留在凝膠網格中后再進行共沉淀， 通過控制凝膠網格的大小就能實現對納米顆粒粒徑的控制。 沉淀法具有工藝簡單、生產成本低、反應速度快、反應條件相對寬松等優點，有利于大規模工業化生產；但是該方法得到的納米顆粒純度較低、粒徑相對較大，并且對沉淀物進行水洗和過濾較為困難。

3.2、水熱法

水熱法是一種可以合成超細微粉的液相法。 該方法需要在高壓釜中進行反應，選擇水溶液作為反映體系，當反應體系的溫度接近或達到臨界溫度時就能夠形成發生無機合成所需的高壓環境，從而進行納米材料的制備。 水熱法與一般的液相法相比，具有產品純度高、分散性好的有點，并且反應不需要進行高溫灼燒處理，但是需要高壓裝置，操作不便，產品的發光強度也較弱。

3.3、溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是一種可以制備多種摻雜稀土的納米發光材料的液相法。 該方法要求在得到均相溶膠后，還需要加入溶劑、催化劑等形成不具有流動性的水溶膠， 并在一定條件下轉化得到均勻凝膠，然后進行干燥處理去除有機物、水和酸根等，最后得到納米發光材料。 這種方法反應過程容易控制、 便于稀土摻雜，能夠在低溫環境下制備高純度的稀土摻雜納米發光材料。 但是該方法成本高、反應時間長、微粒間燒結性能差并且容易形成團聚等缺點。

3.4、微乳液法

微乳液法是一種通過兩種互不相溶的溶劑制備納米材料的液相法。 該方法將表面活性劑加入到有機溶劑和水溶液中，生產一個均勻的乳液， 將液滴的尺寸控制在納米級就能夠從乳液中析出納米顆粒。 該方法由于在一個極小的球形液滴內形成顆粒，從而可以有效避免顆粒間的團聚。 同時，該方法制備的納米顆粒粒徑較小且可控、易于實現連續操作。 但是由于引入了表面活性劑，造成純度有所降低并且活性劑會影響到納米材料的應用。

四、氣相法

氣相法是一種制備稀土摻雜的納米發光材料的常用方法。該方法使參與反應的物料在氣體狀態下發生物理或化學變化，然后再冷凝得到納米微粒的方法。 該方法的優點是原材料精煉過程簡單、不易粘結且粒度分布較為均勻、產物純度較高等。 但是有時需要通過各種方式將物料轉變為氣體形態， 電能消耗較大，目前對于實現規模化生產還具有一定難度。

五、稀土摻雜的有機—無機納米發光材料的應用前景

稀土摻雜的有機—無機納米發光材料具有許多獨特的性能，使它成為新型發光材料的研究熱點。 隨著納米材料制備技術的完善和提高， 目前已經有許多方法制備出不同結構和尺寸的納米發光材料來滿足需求。 但是還有許多問題有待進一步研究解決，諸如納米顆粒中激活劑的分布分凝問題，越過界面時能量傳遞機制的轉變問題， 聲—電子的相互作用與體材料的不同等問題。 因此，研究不同的納米發光材料制備方法，滿足不同需求仍是今后努力的方向之一。

[1] 馮華君,陳淵,唐芳瓊等.單分散GdxY2-xO3∶Eu3+納米 顆粒的制備及其熒光性能[J].感光科學與光化學,2006,24(3).