氧化铟锡纳米粒子的低温溶剂热法制备和上转换发光分析

摘 要：文章用乙二醇为溶剂的溶剂热法200℃下制备氧化铟锡（ITO）纳米粉体，具体探究了氧化铟锡纳米应用低温溶剂热法的制备方法以及转换发光分析。并且对低温溶剂热法的制备中运用了以下两种上转换纳米荧光粉，即In2O3：Er3+/Yb3+、In2O3：Ho3+/Yb3+。

关键词：氧化铟锡；纳米粒子；低温溶剂热法；制备；上转换发光

氧化铟锡（ITO）是在In2O3中添加SnO2所形成的一种固体溶液，是一种半导体材料，得到了很多国家的青睐。氧化铟锡具有良好的导电率、很强的硬度、耐磨性能好、化学腐蚀性能好等方面的特性，被广泛地应用在固体平板显示器、太阳能电池、电磁屏蔽、半导材料中。在应用的时候需要将氧化铟锡制作成膜，成膜之前需要制备氧化铟锡的靶材，对靶材的密度性能有着很高的要求。在一般情况下，会应用氧化铟锡纳米粉体真空压制成靶材。溶剂热法是建立在时展基础上得来的一种全新的纳米粉体合成方式，处于相同的温度环境中，溶剂热度形成的压力会大于水热合成压力，进而促进产物的结晶。

1 氧化铟锡纳米粒子的低温溶剂热法制备

1.1 实验

实验根据计划所需要称量氯化铟、氯化锡，将少量稀盐酸溶剂进行溶解，完成搅拌后，在已经溶解的溶液中滴入25%的氨水溶液，并控制酸碱值保持在7前后，搅拌之后的一小时便可获得前驱体。最后，再将其移动到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在相应的温度环境下反应一段时间。待完成反应之后，便可以对所获得的沉淀物离心并洗涤，从而获得氧化铟锡纳米粉体。

1.2 实验结论

1.2.1 实验溶剂的选择。将不同形式的水与有机醇作为实验所需溶剂，基于200℃的环境下，通过溶剂的热反应获取所需的氧化铟锡纳米粉体XRD图，如图1所示。从图1可知，在用乙二醇作为溶剂的时候，得到的XRD图和In2O3标准卡片的吻合度表现良好，而用水作为溶剂都无法通过实验获取氧化铟锡纳米粉体。所以，选择正确的溶剂是形成氧化铟锡纳米粉体的重要前提。

1.2.2 氧化铟锡纳米粉体粒度分布状态与粒子形貌。通过对实验的观察可知，当反应温度处于200℃时，那么我们便可以在获得ITO纳米粉体扫描电镜图片中了解到，氧化铟锡粉体颗粒的分布状态十分均匀，这也证明了其本身具有很好的分散性。用激光纳米粒度分析仪测量的样品的粒度分布曲线则是显示出样品选择进行实验之后的平均粒约为30nm，和SEM图表示的粒径大小一致。和其他方式得到的氧化铟锡纳米粉体相比，溶剂热合成法得到的粉体更均匀，且不需要进行高温煅烧处理。

2 Er3+/Yb3+共同掺合纳米In2O3制备和上转换发光研究

2.1 实验部分

除以上介绍的试剂外，还需氧化饵（AR）、氧化镱（AR）。根据计算称好所需要试剂的量，将这些试剂溶解在硝酸溶液中，配置成0.1mol.L-1的硝酸溶液，之后取得氧化铟锡配置成0.5mol.L-1的硝酸溶液。根据掺杂比，取适当的In（NO3）3、Er（NO3）3、Yb（NO3）3溶液放置在烧杯中。经过搅拌之后加入适当的PEG4000分散剂和氨水溶液继续搅拌。在多次搅拌和分离工作完成之后，得到Er3+/Yb3+共同掺合纳米In2O3纳米粉体。

2.2 结论分析

2.2.1 上转换荧光光谱及紫外可见漫反射光谱。在In2O3中不掺加离子与稀土离子之后，及应用不同制备方式得到的样品在980nmLD激发下上转换荧光光谱图如图2所示。由图2（a）可知，没掺杂的和单掺杂的在980nmLD激发下都没上转换发光；而单掺杂Er3+离子的和双掺杂Er3+/Yb3+的分别在980nm LD激发下都能发生上转换发光，只是单掺杂Er3+的发光很微弱，当共掺杂了Yb3+离子敏化剂后，发光强度大大提高，说明Yb3+离子对In2O3上转换发光有很好的敏化效果。但由溶剂热法合成的发光强度远比共沉淀法得到的强得多，这种现象主要可能是溶剂热法合成的样品纳米化的结果。

2.2.2 离子不同掺杂浓度对上转换发光特征的影响。样品形成的绿光与红光的发射强度会受Yb3+离子浓度影响而发生改变，离子浓度越大，样品的绿光与红光也会越来越强，并且在掺杂量停留在3%时，达到发光强度的最大值，在这之后强度会马上减弱，由此可见，体系的最佳掺杂量为In2O3：3%Er3+，3%Yb3+。

3 In2O3：Ho3+，Yb3+纳米晶体的制备和上转换发光研究

3.1 实验部分

除了上文介绍的试剂之外，还需应用分析纯的氧化钬、氧化镜。制备方法同上，最后得到In2O3：Ho3+/Yb3+纳米粉体。

3.2 结论分析

3.2.1 上转换荧光光谱与紫外可见漫反射光谱分析。In2O3在不掺杂离子和掺杂离子之后，应用不同制备方式得到的样品在980nmLD激发下上转换荧光光谱图如图2（b）所示。由图可知，未掺杂稀土离子的In2O3和单掺杂了Ho3+离子或Yb3+离子的In2O3样品在980nmLD激发下都没发生上转换发光现象；而共掺后在980nmLD激发下能发生上转换发光，并且共掺杂了Yb3+离子敏化剂后，发光强度大大提高，说明Yb3+离子对In2O3上转换发光有很好的敏化效果。但溶剂热法合成的In2O3：Ho3+/Yb3+荧光强度比共沉淀法所得到样品的荧光强度要强得多，这现象主要可能是溶剂热法合成的样品纳米化的结果。

3.2.2 离子不同掺杂浓度对上转换发光特征的影响。共掺后样品的绿光、红光发射强度均随着Yb3+离子浓度增大而呈先增强后减弱的变化，绿光在Ho3+浓度为3%时强度达到最大值，之后随着Yb3+离子浓度增加绿光发射快速猝灭，而红光发射在Ho3+离子掺杂浓度为2.5%时才达到最大值。另外，从荧光粉发光机理可知，掺杂离子激活对粉体的发光本身会产生重要的影响。

4 结束语

综上所述，以乙二醇为溶剂，在200℃的环境下应用溶剂热法制备出了氧化铟锡纳米粉体。并以此分析为基础，进一步探究了几种上转换纳米荧光粉制备，为把氧化铟纳米材料组装成发光薄膜提供了重要的研究应用支持。

参考文献

[1]邓小玲.氧化铟锡纳米粒子的低温溶剂热法制备和上转换发光[D].暨南大学，2010.

[2]杨丽丽.氧化物基质上转换发光纳米材料的制备及发光性质[D].暨南大学，2011.

[3]王俊刚.基于电沉积技术制备金纳米阵列及其在表面增强拉曼光谱，葡萄糖传感中的应用[D].上海师范大学，2014.

[4]朴圣洁.纳米级氧化铟锡前驱物浆料制备及ITO涂敷成膜机理[D].北京化工大学，2006.