多壁碳納米管-稀土氧化物高溫敏熒光納米材料的制備、性能及成型研究.pdf

1、碳納米管(CNTs)因其獨(dú)特的管狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等性質(zhì)，在過去的十年里受到了化學(xué)家、物理學(xué)家、生物學(xué)家和材料學(xué)家的青睞，成為當(dāng)今最受關(guān)注的納米材料之一。CNTs高溫煅燒后能被去除，所以也成為制備管狀納米材料的優(yōu)異模板。
　　稀土氧化物具有優(yōu)異的光物理性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)器件方面。我們的實(shí)驗(yàn)表明：碳納米管自身雖然具有熒光性，但它對(duì)稀土氧化物的熒光具有很強(qiáng)的猝滅效應(yīng)。為了充分運(yùn)用CNTs的熒光猝滅效應(yīng)，我們首先制

2、備了熒光強(qiáng)度非常微弱的CNTs/稀土氧化物復(fù)合物，然后在高溫煅燒下逐漸去除碳納米管模板，采用掃描電鏡(SEM)分析、透射電鏡(TEM)和能量散射光譜(EDS)分析表明，形成了稀土氧化物的納米管，并且復(fù)合物的熒光強(qiáng)度隨著煅燒溫度的升高而逐漸增強(qiáng)。因此，這種材料表現(xiàn)了強(qiáng)的高溫溫敏熒光性，使得它在高溫預(yù)警顯示系統(tǒng)、傳感器和場發(fā)射顯示器等方面有很大的應(yīng)用前景。本研究充分應(yīng)用了CNTs的強(qiáng)熒光猝滅效應(yīng)和稀土氧化物的強(qiáng)熒光性，二者復(fù)合后，高溫煅燒得

3、到強(qiáng)熒光稀土氧化物納米管，使得碳納米管/稀土氧化物的納米復(fù)合物表現(xiàn)了強(qiáng)的高溫溫敏熒光性質(zhì)。首先探討了碳納米管的純化和功能化；其次用沉淀法制備了碳納米管/稀土氫氧化物復(fù)合物，并且采用正交實(shí)驗(yàn)探討了碳納米管和稀土前驅(qū)體的配比、表面活性劑種類和用量、PH值等因素；然后高溫煅燒得到碳納米管/稀土氧化物納米復(fù)合物，探討了碳納米管被完全燃燒的煅燒溫度、煅燒溫度對(duì)復(fù)合物熒光強(qiáng)度的影響等，并且對(duì)煅燒溫度升高，復(fù)合物的熒光逐漸增強(qiáng)的機(jī)理進(jìn)行了探討；最后是

4、對(duì)煅燒后的強(qiáng)熒光物質(zhì)成膜，主要內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　第一，在實(shí)驗(yàn)室以前探討的對(duì)CNTs的處理技術(shù)基礎(chǔ)上，用王水、混酸(濃H2SO4:濃HNO3的體積比=3:1)和表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉)做進(jìn)一步的功能修飾，得到了功能化的CNTs。用傅立葉紅外光譜(FT-IR)分析進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，采用王水處理CNTs，可對(duì)其實(shí)現(xiàn)羧基化。但是先用6M HNO3對(duì)CNTs純化，然后用表面活性劑處理后可得到表面負(fù)載陰離子的CNTs，更有利于制

5、備CNTs/稀土氫氧化物。
　　第二，為了制備熒光較強(qiáng)的CNTs/Eu2O3復(fù)合物，用正交實(shí)驗(yàn)探討了純化的CNTs和硝酸銪(Eu(NO3)3)的配比、表面活性劑種類和用量、超聲時(shí)間、回流溫度及時(shí)間等對(duì)復(fù)合物熒光的影響。然后對(duì)純化的CNTs和CNTs/Eu(OH)3復(fù)合物進(jìn)行熱重(TG)分析，表明該復(fù)合物在500°C左右熱轉(zhuǎn)化為CNTs/Eu2O3復(fù)合物。在300～1000°C下對(duì)復(fù)合物煅燒4h，我們發(fā)現(xiàn)復(fù)合物的熒光隨煅燒溫度升高而

6、增強(qiáng)。用掃描電鏡(SEM)分析、透射電鏡(TEM)分析、傅立葉紅外光譜(FT-IR)分析、X射線衍射(XRD)分析、熒光光譜分析對(duì)復(fù)合材料性能進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)：純化后的CNTs與Eu(NO3)3質(zhì)量比大約為5.0wt％時(shí)，制備的Eu2O3/CNTs納米復(fù)合材料的發(fā)射峰較強(qiáng)。在620°C和1000°C分別煅燒Eu2O3/CNTs納米復(fù)合材料，得到的納米復(fù)合物在540nm和580nm有非常強(qiáng)的發(fā)射峰，這主要是由于Eu3+的5D0→7Fj

7、(j=0,1)的電偶極躍遷。很明顯，發(fā)射峰有輕微的藍(lán)移。
　　第三，為了對(duì)比其他強(qiáng)熒光稀土氧化物/CNTs的高溫溫敏熒光性能，我們制備了CNTs/Tb4O7復(fù)合物。用掃描電鏡(SEM)分析、透射電鏡(TEM)分析、傅立葉紅外光譜(FT-IR)分析、熱重(TG)分析、X射線衍射(XRD)分析、熒光光譜儀對(duì)復(fù)合材料性能進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)：純化后的CNTs與TbCl3質(zhì)量比大約為25.0wt%時(shí)，制備的Tb4O7/CNTs納米復(fù)合材料

8、的發(fā)射峰較強(qiáng)。在400~600°C煅燒Tb4O7/CNTs納米復(fù)合材料，得到的納米復(fù)合物在485nm和530nm的發(fā)射峰逐漸增強(qiáng)，這主要是由于Tb3+的5D4→7Fj(j=5,6)的電偶極躍遷。但在700°C下煅燒Tb4O7/CNTs納米復(fù)合材料，得到了Tb4O7納米管，在500nm出現(xiàn)非常強(qiáng)的熒光發(fā)射峰，這主要是Tb3+的5D4→7F5的電偶極躍遷，但是存在明顯的藍(lán)移。
　　然后用研磨、超聲分散和提拉成膜方法制備煅燒得到的超強(qiáng)熒