镧系掺杂NaYF4∶Yb/Er上转换纳米材料的合成及光学性能研究(2)

来源：网络收集时间：2026-08-04

导读： 2.5.1表面活性剂的影响机理分析反应体系中NaOH用量较高，则反应生成的油酸钠的量也相应提高，这时油酸钠会同时与NaREF4（0001）晶面和（1010）晶面作用，生成形状为六方体或圆柱体的β-NaREF4产物.当反应体系中NaO

　　2.5.1表面活性剂的影响机理分析

　　反应体系中NaOH用量较高，则反应生成的油酸钠的量也相应提高，这时油酸钠会同时与NaREF4（0001）晶面和（1010）晶面作用，生成形状为六方体或圆柱体的β-NaREF4产物.当反应体系中NaOH的用量很少或不使用NaOH时，那么整个反应体系应该属于微乳液反应体系.即使在反应温度较高的条件下也很难实现晶相的转变，最终得到的产物为各向同性生长的α-NaREF4晶体.

　　当NaOH一定时，生成油酸钠的量就一定，则可生成β-NaREF4产物.此时，若油酸的用量较少时，C17H33COONa优先作用于（0001）晶面，使之优先生长，生成一维棒状产物.若油酸的用量增加，纳米晶体的各个晶面上都吸附了一层油酸，一定程度上限制了产物（0001）晶面的优先生长，也就限制了棒状产物长度的增大的可能，从而生成形状为小六方体的β-NaREF4产物.

　　在本实验体系中，六方相β-NaREF4在较高的反应温度下，反应物渗透流会以较快的速度进攻沿C轴方向的晶面，即（0001）面，从而促进晶体的一维生长，形成棒状产物.若温度升高到180或200℃，表面活性剂分子在晶体各表面的粘附能容许其在较高的反应温度条件下从纳米晶体的表面脱除，并且溶解在有机溶剂中，由于油酸和油酸钠的粘度都比较大，反应物渗透的速度会有所降低，从而限制了产物（0001）晶面的优先生长，使晶体的生长经过了“颗粒内一维至二维转变阶段”，得到形貌为小六方体的β-NaREF4产物.

　　2.5.2渗透-控制生长机理分析

　　若在晶体的生长过程中，增加C2H5OH的含量，有机表面活性劑的交换速度以及反应物的渗透速度都会增大，这会导致六方相晶体的各向异性生长.相反，如果减少C2H5OH的含量，晶体的渗透控制生长则会停留在“颗粒内一维至二维转变阶段”，从而形成长径比较短的棒状产物.

　　掺杂Gd、Lu等离子半径较大的镧系稀土金属，以代替或部分代替金属离子Y，也可生成小六方体的β-NaREF4产物.这是由于在NaYF4∶Yb/Er立方体中，有F离子，也有金属阳离子，但有金属阳离子处在立方体的表面，周围还没有相应的F离子，由于较大表面能的存在，此时，该立方晶相能稳定存在，若延长反应时间，就能克服具有较小表面能的（0001）晶面，促使晶体的一维生长.或提高反应体系中F离子浓度，反应物渗透流会以较快的速度进攻沿C轴方向的晶面，即（0001）面，也可促进晶体的一维生长形成尺寸较大的棒状产物.而在NaYF4∶Yb/Gd/Er晶体中，由于Gd的离子半径相对较大，更容易与F离子紧密结合，它不需要很高的反应温度和较长的反应时间，或者较大的F离子浓度，就能生成六方相的小尺寸产物.

　　2.5.3晶体生长动力学机理分析

　　除了上述热力学方式来解释β-NaREF4从较长的棒状转化到小尺寸的六方体机理外，还可以从动力学方面加以解释.众所周知，纳米晶体的各向异性生长过程也是需要时间来完成，如果适当缩短反应时间，晶体的优先生长面还来不及生长，这也可以限制它的一维生长，得到小尺寸的β-NaREF4.

　　2.6最优条件产物的相关表征及分析

　　基于以上机理分析，欲得小尺寸六方相NaREF4纳米晶，就必须抑制它的异向性生长，在合成过程中添加适量的有机表面活性剂作为晶体生长的稳定剂，以控制其尺寸和形状，使其具有较好的单分散性.通过优化合成条件，重新设计实验，得到单分散、小尺寸（平均粒径不足50nm，图7）、纯六方相（图8）、高产率（85%）和发光强（图9）的产物，且产物在980nm照射下，肉眼能看到明亮的绿光.

　　3结论

　　本研究在NaYF4基质中掺杂一定量的镧系金属Gd，将微乳法与水热法相结合（在稳定的微乳液中合成，并用水热法来处理该产物），改变反应参数，完成了系列实验，并分析了纳米晶形貌控制机理，优化了反应条件，成功合成了适合生物应用的小尺寸、六方相、发光强的UCNPs.

　　作者：王秀英等

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