《新型稀土杂化及纳米复合光电功能材料的基础研究及应用探索》

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有机/无机杂化及纳米复合光电功能材料,具有发光效率高、易耦合到光纤中、加工性能好等特点,有可能应用于显示、激光、光波导放大及荧光免疫分析等诸多领域。其优异的性能和重要的应用价值使其自问世以来就在信息材料领域占有举足轻重的位置,并迅速成为国际材料科学研究的热点。该研究的难点是传统的合成方法反应周期过长,稀土发光组分和基质网络没有形成共价键,稳定性差发光性能不好。因此,解决上述难题,加速新型稀土杂化及纳米复合光电功能材料的研究,具有十分重要的意义。长春应化所稀土光电材料课题组,注重发挥在稀土科学研究中的综合优势,面向世界科学发展前沿和国家战略需求,聚焦无机固体化学研究的国际前沿课题,自1995年以来,系统地研究了800多种稀土杂化材料、复合材料和纳米材料的合成、组成、形态结构与光电等性能的关系和变化规律,获得了一系列的研究成果。创新性地将将稀土配合物通过Si-C共价键嫁接到有机/无机杂化材料的骨架上和杂化中孔薄膜材料的骨架上,制备出国内外未见报道的稳定性好、发光性能优异的互穿网络杂化材料;以原位法制备了三种稀土(Nd3+,Er3+,Yb3+)干凝胶近红外杂化发光材料,实验和Judd-Ofelt理论计算结果表明,稀土铒干凝胶杂化材料在光波导放大方面具有潜在应用前景。合成了氟取代的Eu配合物,并制备了电致发光器件,其中七氟和五氟配合物的最大亮度达到1000cd/m<'2>,电流效率分别达到4.14,5.41cd/A,流明效率分别达到2.28,3.11lm/W,已经达到或超过了国际上报道的同类型器件的电致发光性能。制备了基于稀土镝的器件最大亮度560cd/m<'2>,这是迄今为止报道过的基于Dy配合物的最好器件之一。率先在单分散的SiO<,2>纳米球表面原位构筑和嫁接不同的稀土配合物,成功地获得了稳定性好、高效稀土杂化纳米发光材料;一维碲化锑纳米热电材料的合成取得了重大突破,得到了世界上首例单晶碲化锑纳米带,为稀土元素取代锑或碲获得高效热电材料奠定了基础。合成了一系列以稀土为发光离子的复合氧化物,观察不同波长激发光源与稀土离子的相互作用与发光行为;研发了能够存储外界光能的新型稀土信息功能材料,对其作用机理进行了深入研究,并将该类材料应用于高能射线探测和个人辐射安全防护、航天和医疗用的固体辐射剂量材料、信息的光存储及弱光指示照明等领域。从计算模拟的角度研究了固体材料中结构与电、磁学等性能之间的关系;从元素组成、化学键性质等方面研究了材料性质与关键功能基元之间的构效关系。所得到的结论为新型功能材料的组装、剪裁提供了基础数据和理论指导。上述工作在J.Am.Chem.Soc.,Adv.Funct.Mater.,Chem.Mater.等国内外著名期刊上共发表SCI收录论文198篇,其中IF>3的48篇。SCI他人正面引用3391次,特别是Chem.Rev.,J.Am.Chem.Soc.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv.Mater.等期刊较大篇幅的引用该工作,受到广泛好评。课题组参加国际会议25次;获全国优秀博士论文1项;获中科院优秀博士论文1项;已授权专利16项;获吉林省科技进步一等奖1项。该成果的取得,为制备有机/无机杂化及纳米复合光电材料提供了新方法和技术,解决了国际上没有解决的难题,为材料的设计和性能预测提供科学依据,对于发展具有自主知识产权的稀土先进材料,将中国的稀土资源优势转化为技术和经济优势,具有十分重要的现实意义。

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