Cr 3+ 掺杂近红外锡酸盐的制备及其发光性质研究
发布时间：2021-08-28 00:51
本文通过传统高温固相法成功合成了新型近红外发光材料Mg2SnO4:Cr3+并研究了其发光性质。结果表明,样品在470 nm蓝光激发下,展现出600-850 nm的近红外发射,不同Cr3+掺杂浓度对发光强度有影响,Cr3+掺杂浓度为0.02时发光强度最大,多极相互作用引起浓度猝灭现象。随着Cr3+掺杂浓度的增加,样品荧光寿命逐渐衰减,此外样品还展现出了长余辉发光特性。本文还通过Zn离子共掺杂合成了新型近红外长余辉发光材料Mg1.4Zn0.6SnO4:Cr3+(MZSO:Cr3+)并对其物相结构、发光性质、热稳定性、缺陷分布、余辉衰减等性质进行了研究。研究结果表明,所有合成样品均为纯相,MZSO:Cr3+被蓝光有效激发后,产生一个尖锐发射峰（708 nm）和一个宽带发射峰（730 nm）,分别归属于Cr3+的...
【文章来源】：沈阳师范大学辽宁省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空穴转移模型：Matsuzawa等提出的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的余辉机制Fig1.1Holetransfermodel:afterglowmechanismofSrAl2O4:Eu2+,Dy3+proposedbyMatsuzawaetal
Cr3+掺杂近红外锡酸盐的制备及其发光性质研究4图1.2（a）Eu2+，Dy3+共激活长余辉材料隧穿模型（b）Pan等人报道的长余辉机制Fig1.2(a)Eu2+,Dy3+co-activatedlongafterglowtunnelingmodel(b)longafterglowmechanismreportedbyPanetal（3）氧空位模型氧空位模型通常用来解释氧化物基质的长余辉材料机理。Aitasalo[5]等人在早期研究中说明在他们构建的电子模型中氧空位是重要的电子陷阱。Clabau[6]等人观察了SrAl2O4:Eu2+和SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的热释光曲线，发现两者的曲线虽然在大小和位置上有所差异，但是光谱形状相似。因此，他们认为在SrAl2O4:Eu2+,Dy3+材料中氧空位是有效的电子陷阱，共掺Dy3+并不会影响到缺陷的化学本质，仅在电子储存和释放方面起作用。1.2.3长余辉发光材料的发展及研究现状早在1000多年前古人就已经注意到长余辉发光现象，根据史书记载，在我国宋朝时期，已经有人使用长余辉材料进行作画，画中的牛可以发出夜光[7]。19世纪末期，法国化学家Sidot合成了最早的人工长余辉发光材料：ZnS:Cu[8]。早在上世纪90年代以前，科研人员的精力主要集中在以硫化物为主的长余辉材料，随后很长一段时间，开发制备出了一系列硫化物长余辉材料。其中，硫化锌是研究最多、应用最广泛的一类材料。由于ZnS:Cu的余辉性能比较弱，所以研究人员通过共掺其他元素来改善其性能。经过优化设计的长余辉硫化物材料被制成表盘、发光涂料以及夜光产品等，在市场上一直占据着统治的地位。此外，在军事和防空方面，长余辉材料也有广泛应用。虽然硫化物长余辉材料已经投入应用，不过硫化物并不是一种完美的材料，其化学稳定性差，易分解，制备过程产生有毒气体等缺点也不容忽视。另外这类材料的余辉时间很短，几十分钟或几个小时，多种问题限制了硫化物长?
Cr3+掺杂近红外锡酸盐的制备及其发光性质研究7带发射，具体发光特性很大程度上取决于基质的晶体场环境。在不同体系中，Cr3+的中心发射也会产生偏移[20,21]。研究新型近红外发光材料，Cr3+是一种非常理想的激活剂离子，由上文可知，Cr3+有窄带与宽带两种发射光，具体发射情况受到基质晶体场强度制约，因此可以通过调节基质晶体场强度进而调节发光。图1.3Cr3+在八面体场中的Tanabe-Sugano能级图Fig1.3Tanabe-suganoenergyleveldiagramofCr3+inoctahedralfield1.3.3Cr3+掺杂的近红外荧光和近红外长余辉材料早在半个世纪以前，SatoruS[22]等人就分析了Al2O3:Cr3+发光材料的光学特性，它是人类历史上首次合成固态激光材料的主要成分。随后，D.L.Wood[23]等又对Cr3+在八面体结构材料的光学性质、晶体场劈裂状况展开研究。1968年，他们又对Cr3+在ZnAl2O4及MgAl2O4尖晶石结构基质中的发光特性进行了讨论[24]。HaijingYu[25]等人在2002年研究了在原有Al2O3:Cr3+体系中共掺杂其他离子（Ti，Fe，Ni，Yi）是否会对R谱线（Cr3+的尖锐发射峰）的发光产生影响。结果表明，共掺杂其他离子确实会造成R谱线的偏移，不过掺杂离子的可溶性是影响R线发光的关键，不可溶离子掺杂进入体系并无现象。2011年，LingJu[26]等人报道了BaTiO3:Cr3+纳米晶体材料，并对其尺寸、成分及相位进行了系统研究。B.M.Manohara等人于2014年报道了一种红色荧光材料CdSiO3:Cr3+，其色坐标和相关色温均位于红色区域，是一种潜在的白光发射二极管（WLEDs）红色组分材料[27]。关于Cr3+掺杂的近红外长余辉材料多以镓锗酸盐体系为主。在2010年，D.Jia[28]等人合成了新型近红外长余辉材料La3Ga5GeO14:Cr3+,M(Li+，Pb2+，Zn2+，Eu3+，Tm3+，Dy3+)。发射光谱显示存在两种发光，基质中存在四面体?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉及其研究进展[J]. 张亮亮,张家骅,郝振东,吴昊,潘国徽,武华君,张霞. 发光学报. 2019(12)
[2]近红外发光材料Mg2SnO4∶Cr3+的制备及发光性质[J]. 蔡吉泽,庞然,于湛,刘丽艳,李成宇. 发光学报. 2019(12)
[3]Mn2+离子掺杂的NaTaOGeO4:Tb3+的发光性能[J]. 于潘龙,田莲花. 发光学报. 2018(09)
[4]Li+掺杂Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+长余辉材料的发光性能[J]. 肖玲,周建,刘桂珍. 发光学报. 2017(09)
[5](Zn1-x,Mgx)2GeO4∶Mn2+的荧光以及长余辉发光性能[J]. 过诚,丛妍,董斌,朱子茂,王子文,张瑱,李斌. 发光学报. 2017(09)
[6]Lanthanide NIR luminescence for telecommunications, bioanalyses and solar energy conversion[J]. Jean-Claude G. Bünzli,Svetlana V. Eliseeva. Journal of Rare Earths. 2010(06)
博士论文
[1]铋系可见光响应型复合光催化剂的设计、合成及水体净化的应用研究[D]. 廖臣兴.华南理工大学 2014
本文编号：3367446
【文章来源】：沈阳师范大学辽宁省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空穴转移模型：Matsuzawa等提出的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的余辉机制Fig1.1Holetransfermodel:afterglowmechanismofSrAl2O4:Eu2+,Dy3+proposedbyMatsuzawaetal
Cr3+掺杂近红外锡酸盐的制备及其发光性质研究4图1.2（a）Eu2+，Dy3+共激活长余辉材料隧穿模型（b）Pan等人报道的长余辉机制Fig1.2(a)Eu2+,Dy3+co-activatedlongafterglowtunnelingmodel(b)longafterglowmechanismreportedbyPanetal（3）氧空位模型氧空位模型通常用来解释氧化物基质的长余辉材料机理。Aitasalo[5]等人在早期研究中说明在他们构建的电子模型中氧空位是重要的电子陷阱。Clabau[6]等人观察了SrAl2O4:Eu2+和SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的热释光曲线，发现两者的曲线虽然在大小和位置上有所差异，但是光谱形状相似。因此，他们认为在SrAl2O4:Eu2+,Dy3+材料中氧空位是有效的电子陷阱，共掺Dy3+并不会影响到缺陷的化学本质，仅在电子储存和释放方面起作用。1.2.3长余辉发光材料的发展及研究现状早在1000多年前古人就已经注意到长余辉发光现象，根据史书记载，在我国宋朝时期，已经有人使用长余辉材料进行作画，画中的牛可以发出夜光[7]。19世纪末期，法国化学家Sidot合成了最早的人工长余辉发光材料：ZnS:Cu[8]。早在上世纪90年代以前，科研人员的精力主要集中在以硫化物为主的长余辉材料，随后很长一段时间，开发制备出了一系列硫化物长余辉材料。其中，硫化锌是研究最多、应用最广泛的一类材料。由于ZnS:Cu的余辉性能比较弱，所以研究人员通过共掺其他元素来改善其性能。经过优化设计的长余辉硫化物材料被制成表盘、发光涂料以及夜光产品等，在市场上一直占据着统治的地位。此外，在军事和防空方面，长余辉材料也有广泛应用。虽然硫化物长余辉材料已经投入应用，不过硫化物并不是一种完美的材料，其化学稳定性差，易分解，制备过程产生有毒气体等缺点也不容忽视。另外这类材料的余辉时间很短，几十分钟或几个小时，多种问题限制了硫化物长?
Cr3+掺杂近红外锡酸盐的制备及其发光性质研究7带发射，具体发光特性很大程度上取决于基质的晶体场环境。在不同体系中，Cr3+的中心发射也会产生偏移[20,21]。研究新型近红外发光材料，Cr3+是一种非常理想的激活剂离子，由上文可知，Cr3+有窄带与宽带两种发射光，具体发射情况受到基质晶体场强度制约，因此可以通过调节基质晶体场强度进而调节发光。图1.3Cr3+在八面体场中的Tanabe-Sugano能级图Fig1.3Tanabe-suganoenergyleveldiagramofCr3+inoctahedralfield1.3.3Cr3+掺杂的近红外荧光和近红外长余辉材料早在半个世纪以前，SatoruS[22]等人就分析了Al2O3:Cr3+发光材料的光学特性，它是人类历史上首次合成固态激光材料的主要成分。随后，D.L.Wood[23]等又对Cr3+在八面体结构材料的光学性质、晶体场劈裂状况展开研究。1968年，他们又对Cr3+在ZnAl2O4及MgAl2O4尖晶石结构基质中的发光特性进行了讨论[24]。HaijingYu[25]等人在2002年研究了在原有Al2O3:Cr3+体系中共掺杂其他离子（Ti，Fe，Ni，Yi）是否会对R谱线（Cr3+的尖锐发射峰）的发光产生影响。结果表明，共掺杂其他离子确实会造成R谱线的偏移，不过掺杂离子的可溶性是影响R线发光的关键，不可溶离子掺杂进入体系并无现象。2011年，LingJu[26]等人报道了BaTiO3:Cr3+纳米晶体材料，并对其尺寸、成分及相位进行了系统研究。B.M.Manohara等人于2014年报道了一种红色荧光材料CdSiO3:Cr3+，其色坐标和相关色温均位于红色区域，是一种潜在的白光发射二极管（WLEDs）红色组分材料[27]。关于Cr3+掺杂的近红外长余辉材料多以镓锗酸盐体系为主。在2010年，D.Jia[28]等人合成了新型近红外长余辉材料La3Ga5GeO14:Cr3+,M(Li+，Pb2+，Zn2+，Eu3+，Tm3+，Dy3+)。发射光谱显示存在两种发光，基质中存在四面体?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Cr3+掺杂的宽带近红外荧光粉及其研究进展[J]. 张亮亮,张家骅,郝振东,吴昊,潘国徽,武华君,张霞. 发光学报. 2019(12)
[2]近红外发光材料Mg2SnO4∶Cr3+的制备及发光性质[J]. 蔡吉泽,庞然,于湛,刘丽艳,李成宇. 发光学报. 2019(12)
[3]Mn2+离子掺杂的NaTaOGeO4:Tb3+的发光性能[J]. 于潘龙,田莲花. 发光学报. 2018(09)
[4]Li+掺杂Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+长余辉材料的发光性能[J]. 肖玲,周建,刘桂珍. 发光学报. 2017(09)
[5](Zn1-x,Mgx)2GeO4∶Mn2+的荧光以及长余辉发光性能[J]. 过诚,丛妍,董斌,朱子茂,王子文,张瑱,李斌. 发光学报. 2017(09)
[6]Lanthanide NIR luminescence for telecommunications, bioanalyses and solar energy conversion[J]. Jean-Claude G. Bünzli,Svetlana V. Eliseeva. Journal of Rare Earths. 2010(06)
博士论文
[1]铋系可见光响应型复合光催化剂的设计、合成及水体净化的应用研究[D]. 廖臣兴.华南理工大学 2014
本文编号：3367446
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