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稀土离子掺杂GdF3和NaGdF4纳米发光材料的制备与表征
摘要
本文报道了稀土离子掺杂GdF3和NaGdF4纳米发光材料的制备与表征，采用共沉淀法和热解法分别合成了掺杂不同稀土离子的GdF3和NaGdF4纳米发光材料，并通过X射线衍射、透射电镜、荧光光谱等技术对其进行了表征。掺杂Er3+的GdF3和NaGdF4纳米发光材料具有较强的红色发光特性，掺杂Tm3+的材料则具有较强的蓝色发光特性。实验结果显示，本文制备的纳米发光材料具有良好的光学性能和稳定性，可应用于生物标记、荧光探针等领域。
关键词：纳米发光材料、稀土离子、共沉淀法、热解法、荧光
Abstract
Thispaperreportsthepreparationandcharacterizationofrareearthion-dopedGdF3andNaGdF4nanoluminescentmaterials.GdF3andNaGdF4nanoluminescentmaterialsdopedwithdifferentrareearthionswererespectivelysynthesizedbyco-precipitationmethodandthermaldecompositionmethod,andcharacterizedbyX-raydiffraction,transmissionelectronmicroscopy,fluorescencespectroscopyandothertechniques.GdF3andNaGdF4nanoluminescentmaterialsdopedwithEr3+havestrongredluminescentproperties,whilethosedopedwithTm3+havestrongblueluminescentproperties.Theexperimentalresultsshowthatthenanoluminescentmaterialspreparedinthispaperhavegoodopticalpropertiesandstability,andcanbeappliedtobiolabeling,fluorescenceprobesandotherfields.
Keywords:nanoluminescentmaterials,rareearthions,co-precipitationmethod,thermaldecompositionmethod,fluorescence
引言
纳米发光材料作为一种新型的材料，具有较强的荧光特性和优良的光学性能，在药物传输、生物标记、光学传感器等领域具有广泛的应用。稀土离子掺杂是一种有效的制备纳米发光材料的方法，其中GdF3和NaGdF4是常见的稀土离子掺杂材料。本文采用共沉淀法和热解法分别合成了掺杂不同稀土离子的GdF3和NaGdF4纳米发光材料，并对其进行了表征。
实验
材料合成
GdF3:Ln3+（Ln=Er,Tm）材料的制备：采用共沉淀法制备GdF3:Ln3+纳米发光材料。具体步骤如下：将Gd(NO3)3、Ln(NO3)3（Ln=Er,Tm）按一定比例加入含NH4F和NaOH的溶液中，在搅拌下沉淀12h，过滤并用纯水洗涤3次，最后在空气中干燥得到白色粉末。
NaGdF4:Ln3+（Ln=Er,Tm）材料的制备：采用热解法制备NaGdF4:Ln3+纳米发光材料。具体步骤如下：将Gd(NO3)3、NaOH、NH4F、Ln(NO3)3（Ln=Er,Tm）等物质加入含聚乙二醇和氯化铵的水溶液中，搅拌均匀后转移至油浴中加热至100℃下，保温10h，冷却至室温后过滤并用纯水和乙醇洗涤3次，最后在空气中干燥得到白色粉末。
表征
通过X射线衍射、透射电镜和荧光光谱仪对不同稀土离子掺杂的GdF3和NaGdF4纳米发光材料进行表征，并分别观察其晶体结构、形貌和荧光性能。
结果和讨论
X射线衍射图谱
图1是GdF3:Er3+和GdF3:Tm3+的X射线衍射图谱。可以看到，两种样品的衍射峰位置和强度相似，证明其均为纯GdF3相。同时在两种样品中也发现较弱的掺杂离子特征峰，表明Er3+和Tm3+成功掺杂到GdF3晶体中。
图1GdF3:Er3+和GdF3:Tm3+的X射线衍射图谱
透射电镜照片
图2是GdF3:Er3+和GdF3:Tm3+的透射电镜照片。可以看到，两种样品都呈现出均匀的纳米颗粒形态，并且颗粒大小分布较为均匀，约为20nm左右。掺杂离子的不同未对颗粒形态和大小产生明显影响。
图2GdF3:Er3+和GdF3:Tm3+的透射电镜照片
荧光光谱
图3是GdF3:Er3+和GdF3:Tm3+的荧光光谱。可以看到，掺杂不同离子的样品发出的不同颜色的荧光，