四种无机发光材料中稀土离子局域结构及发光性能

发布时间：2017-12-23 18:30

  本文关键词：四种无机发光材料中稀土离子局域结构及发光性能　出处：《中国科学技术大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：本论文工作围绕四种无机发光材料中稀土离子局域结构以及材料的发光性能展开,共分五章,研究内容主要包含三个部分,第一部分是利用稀土离子作为荧光探针来研究两类基质材料CaIn2O4和KGd2F7的格位环境,为第二、三章内容。第二部分是有关K2GdF5:1%Er3+晶体的发光研究,重点关注了Gd3+-Er3+之间的能量传递,以及材料下转换、上转换的发光过程,于第四章介绍。第三部分是关于WLED (White Light Emitting Diode)用红色荧光粉的研究,在第五章中阐述。第一章是绪论。我们首先简单介绍了稀土离子的电子组态以及能级结构、能级跃迁选择定则、晶体场对稀土离子发光的影响。其次,我们从激发能的吸收、传递、辐射和猝灭介绍了发光的基本原理,并描述了几类常见的稀土发光材料。最后介绍了利用Eu3+离子做为格位探针来研究格位晶体局域环境的对称性的方法。第二章中我们研究了MIn2O4:Eu (M=Ca, Sr)材料的发光性能。X射线衍射的表征结果显示成功合成了样品,稀土离子的掺杂并未引起杂相。常温下利用395 nm的光激发CaIn2O4:1%Eu3+(掺杂离子浓度按占In来算)样品,观察到了Eu3+离子的多个能级的辐射发光(5D0,5D1,5D2,5D3)。20K温度下,利用格位选择激发的方法对CaIn2O4:1%Eu3+样品Eu3+离子的的格位环境进行研究,发现Eu3+离子主要占据五类格位,其中三类是取代Ca2+离子,其光谱比较相似：另两类取代In3+离子格位,光谱差别很大。实验发现,能量传递可在不同类格位之间发生。SrIn2O4与CaIn2O4结构类似,也在SrIn2O4:1%Eu3+的格位选择激发发光谱中得到了类似CaIn2O4的晶格结构信息。第三章,我们利用格位选择激发的方法研究了KGd2F7:Eu3+中Eu3+的格位环境。结果显示,Eu3+离子占据了三类Gd3+离子格位,相应的特征激发峰在466.1nm、526.0 nm、525.2 nm,相应的5D0→7F2跃迁的特征发射峰在620.8 nm、 612.8 nm、610.0 nm,5D0能级寿命为6.9 ms、7.7 ms、9.8 ms。通过分析5D0→7F2跃迁与5D0→7F1跃迁的荧光强度比和5D0能级寿命,确定了三类格位偏离中心对称的程度各不一样。另外,525.6 nm激发的格位因为有更高的配位数,其观察到的发射谱更窄。第四章中,我们研究了K2GdF5:1%Er3+晶体的常温发光以及上转换发光。通过详尽的激发谱和发射谱确认Er3+的辐射跃迁。实验结果表明,基质离子Gd3+到激活剂离子Er3+的能量传递比较高效。当用小于312 nm的光激发时,Er3+离子的辐射跃迁以2P3/2能级发射403 nm和470 nm的光为主。而当用长于312 nm的光激发时,样品的发光主要为4S3/2的辐射跃迁发射。用小于312 nm的光激发时,4S3/2能级在消布居的同时还伴随着来自2P3/2能级退激发的补充。在近红外发射中,观察到了六个发光带,以1540 nm的发射为主。在980 nm激发下,样品的上转换发光中以557 nm和674 nm的发射为主,都是双光子过程。我们还测量了材料上转换发光的温度特性,探讨了利用热耦合能级4S3/2和2H11/2荧光强度比用于测温的可能性。第五章,我们研究了ScVO4:Bi3+, Eu3+红色荧光粉在近紫外激发下的发光性能。XRD结果表明成功合成了所需的样品。所有样品在近紫外激发下都呈现Eu3+离子的特征红色发光,在Bi3+和Eu3+的浓度分别为2%和4%时发光最强。激发谱显示Bi3+的掺入使得样品在近紫外有比较可观的宽带激发。结合荧光衰减曲线的结果可知,当Bi3+的掺杂浓度≤2%时,近紫外激发的能量可以很有效的传递给Eu3+离子：Bi3+的浓度增加后,能量主要通过Bi3+之间能量传递无辐射弛豫损失掉了。在近紫外光激发下,ScVO4:Bi3+, Eu3+样品的发光比商用红粉Y2O2S: 5%Eu3+发光更优。比如,在385 nm激发下,样品的发光积分强度可达到Y2O2S: 5%Eu3+的5.4倍,且其色坐标也更接近标准推荐值。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O482.31

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本文编号：1325026