摘要
众所周知，稀土元素拥有独特的电子层结构以及较大的原子半径，这种结构使得稀土材料拥有许多一般元素材料所没有的物理化学特性，因而可被大量的应用于光电转换器件、储能材料、高效催化、冶金工程等领域。在光学方面的应用，掺杂了稀土元素的半导体纳米材料，在光致发光、上下转换发光和永磁体等方面呈现出了优异的性质，已经被广泛应用于温度传感、光致储能功能材料、生物活体成像和军用伪装材料等诸多领域。本论文中，通过不同方法制备了La2O3∶Eu3+纳米棒以及Si∶Er3+纳米线，并研究了样品的光致发光性质。此外，还通过一种全新的理论视角研究了纳米线的生长机制。主要结论如下: 1、通过一种改进后的水热法成功制备了La(OH)3∶Eu3+棒状纳米结构，并进一步退火将其转化为多孔形貌的La2O3∶Eu3+纳米棒。XRD测试显示，样品为纯净的六方晶相(P63/m)，并且结晶质量呈现出与退火温度的高度正相关性。在发射光谱测试中，样品主要的发射峰及其对应的跃迁为，在565和578nm处对应Eu3+离子的5D0→7F1跃迁，在604和611nm处对应Eu3+离子5D0→7F2跃迁，在654和663nm处对应Eu3+离子5D0→7F3跃迁。通过对比不同制备条件下样品的发射光谱，可以发现样品的发光性质呈现出一些与退火温度以及掺杂浓度的相关性。此外，还研究了样品的激发光谱，结果显示Eu3+离子的发射主要源自于基底材料电荷迁移带的能量传递，这从侧面说明，本研究所制备的La2O3∶Eu3+纳米棒具备作为高效率荧光粉的潜力。 2、以ErCl3粉末和Si为原料，通过化学气相沉积法成功生长出Si∶Er3+纳米线，并通过形貌表征讨论了不同生长温度以及Au膜厚度下Si∶Er3+纳米线的生长情况。XRD测试表明，样品衍射峰的半峰宽随着生长温度的升高出现了较为明显的收窄，这说明纳米线的结晶质量与生长温度呈现出较强的正相关性。样品的发射光谱显示，Si∶Er3+纳米线的发射峰主要位于1.53μm附近，并且随着生长温度升高时，发射强度会得到显著提升，而当Au膜厚度增加时，则会对其发射强度起到一定程度的抑制作用。由于Si∶Er3+纳米线所发出的1.53μm近红外光是光纤中传播损耗最低的波长，因此本研究对于制备光纤通信所用的光学放大器以及光波导等有着重要意义。 3、采用蒙特卡罗方法，从概率统计的角度研究了纳米线气-液-固生长机制。研究中，模拟了不同制备参数下催化剂液滴的形貌以及在基底上的分布，并以此为基础讨论了纳米线生长在角度以及长度上的概率。结果表明，催化剂液滴在基底上分布的均匀性越好，纳米线的生长角度越接近垂直状态。催化剂厚度增加，纳米线生长越接近垂直。此外，纳米线长度对催化剂薄膜厚度呈现出较强的正相关性，并且对于任意的薄膜厚度，均存在两个概率密度较高的纳米线长度。本研究工作为纳米线生长机制研究提供了一种全新的视角，有望为相关纳米线生长及其调控提供理论依据。
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