几种氧化物体系稀土掺杂的材料制备与发光特性研究

发布时间：2017-08-20 10:17

  本文关键词：几种氧化物体系稀土掺杂的材料制备与发光特性研究

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【摘要】：本文采用高温固相法合成了Ba4(Si3O8)2:Eu2+, R13+(R13+=Ho3+、Dy3+、Nd3+)、 Ba2ZnSi207:Eu2+, R23+(R23+=Ho3+、Pr3+、Dy3+)、Ba2ZnSi207:Ce3+, Tb3+和CaMgP2O7: Ce3+, Tb3+多种体系发光材料。通过XRD衍射分析确认了合成样品的物相结构,采用漫反射光谱、激发与发射光谱、荧光寿命分析以及余辉衰减等手段表征材料的发光特性,采用热释光谱分析来研究材料内部载流子陷阱的特点。具体工作如下：(1)实验研究了三价稀土离子RE3+(RE=Ho、Dy、Nd、Pr、Gd)共掺杂的Ba4(Si3O8)2:Eu2+体系,不同角度表明这些三价稀土离子的共掺杂没有引入新的发光中心,仍然以Eu2+为发光中心。Gd3+或Pr3+的共掺杂对体系的荧光和余辉属性没有明显的影响；Dy3+共掺的样品余辉与Eu2+单掺杂体系相比明显增强,肉眼可见的发光时间可以延续至半小时左右；Nd3+共掺杂可以同时增强样品的荧光和余辉发射,肉眼可见的发光时间可以延长至一小时左右；而Ho3+共掺的样品的余辉又明显强于Dy3+、Nd3+共掺的样品的余辉,时间长达10小时以上。余辉测量结果显示,共掺杂Ho3+的样品初始余辉强度达到3cd/m2。对不同样品进行了热释光测量和实验分析,发现Ba4(Si3O8)2:Eu2+, Dy3+体系具有较深的载流子陷阱,对载流子有较强的束缚,在等待时间为10小时的情况下,还有一半的载流子被束缚在深陷阱之中,因而对余辉是不利的,但是却有可能作为一种储能材料被开发利用。发现Ba4(Si3O8)2:Eu2+, Nd3+体系陷阱释放载流子的过程为二阶动力学过程,载流子的二次捕获对延长余辉时间起到了重要作用。发现Ba4(Si3O8)2:Eu2+, Ho3+体系中存在多种相近能级叠加而成的能带,具有对余辉有利的陷阱深度,同时具有较高的载流子浓度,因而表现出优异的余辉特性。(2)采用高温固相法合成了长余辉发光材料Ba2ZnSi207:Eu2+和Ba2ZnSi207:Eu2+, RE3+(RE:Ho, Pr, Dy),所有样品均呈现Eu2+的宽带发射,峰位在505nm, Pr3+、Dy3+的共掺对Eu2+的发射强度有明显的抑制作用。单掺杂的Ba2ZnSi207:Eu2+具有余辉现象,余辉持续时间为15分钟左右,共掺Ho3+可以大幅增长余辉时间至1小时,而共掺Dy3+则明显缩短余辉时间,共掺Pr3+对余辉属性没有明显改变。热释光分析表明,样品BZED内部的陷阱深度为1.252eV,对捕获载流子束缚过强,不利于载流子的释放发光,而样品BZEH即具有合适的陷阱深度(0.854eV),又具有较高的陷阱浓度,这些条件均对余辉属性有利,因而表现出较强的余辉和较长的余辉时间。(3)采用高温固相法制备了Ce3+、Tb3+稀土离子单掺杂和共掺杂的Ba2ZnSi207荧光粉体系,深入研究了该体系的荧光属性和能量传递特点。在紫外激发条件下(352nm), Ba1.98-xZnSi2O7:0.02Ce3+, xTb3+的发射既包含Ce3+的蓝光发射(428nm),也包含Tb3+离子的黄绿光发射(542nm)。通过调节Tb3+离子的掺杂浓度,体系发光的颜色可以在蓝光到绿光区域大幅变化。分析结果表明Ce3+、 Tb3+之间存在高效的非辐射能量传递,这种能量传递的机制以电偶极-偶极相互作用为主。Ce3+、Tb3+共掺杂的Ba2ZnSi207可用于近紫外LED绿光荧光粉,具有较大的研究价值和应用价值。
【关键词】：Ba_4(Si_3O_8)_2 Ba_2ZnSi_2O_7 长余辉 桥土 热祥光 载流于陷阱
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O482.31
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-41
• 1.1 前言14-15
• 1.2 光致发光的机理与表征15-18
• 1.3 稀土元素与稀土发光18-20
• 1.4 长余辉发光材料20-25
• 1.4.1 长余辉发光材料简介20-21
• 1.4.2 常见的长余辉发光材料体系21-25
• 1.5 长余辉发光机理25-28
• 1.5.1 Matsuzawa模型25-26
• 1.5.2 Dorenbos模型26-27
• 1.5.3 Aitasalo模型27-28
• 1.6 无机发光材料的常用合成方法28-31
• 1.6.1 高温固相法28-29
• 1.6.2 溶胶-凝胶合成方法29
• 1.6.3 共沉淀法29-30
• 1.6.4 水热法30
• 1.6.5 燃烧法30
• 1.6.6 微波合成法30-31
• 1.7 课题的提出及研究内容31-34
• 参考文献34-41
• 第二章 样品制备与测试41-47
• 2.1 合成原料与表征仪器41-43
• 2.1.1 试剂41-42
• 2.1.2 仪器42-43
• 2.2 样品合成43
• 2.3 样品表征方法43-47
• 2.3.1 粉末X射线衍射43-44
• 2.3.2 激发光谱、发射光谱、余辉光谱44-45
• 2.3.3 衰减曲线45
• 2.3.4 热释光45
• 2.3.5 色坐标计算45-47
• 第三章 稀土离子掺杂的Ba_4(Si_3O_8)_2体系荧光与长余辉性能实验研究47-82
• 3.1 前言47-48
• 3.2 Ba_4(Si_3O_8)_2基质烧结条件与物相分析48-49
• 3.3 Ba_4(Si_3O_8)_2:xEu~(2+)的制备与发光分析49-57
• 3.3.1 XRD物相分析50-52
• 3.3.2 激发光谱与发射光谱52-54
• 3.3.3 色坐标分析54-55
• 3.3.4 长余辉发光性质分析55-57
• 3.4 碱土金属固溶取代对Ba_4(Si_3O_8)_2:Eu~(2+)的发光性能的影响57-64
• 3.4.1 Ca~(2+)取代对Ba_4(Si_3O_8)_2:Eu~(2+)的发光性能的影响57-60
• 3.4.2 Sr~(2+)取代对Ba_4(Si_3O_8)_2:Eu~(2+)的发光性能的影响60-64
• 3.5 Ba_4(Si_3O_8)_2:Eu~(2+),RE~(3+)(RE=Ho,Dy,Pr,Nd,Gd)发光性能分析64-77
• 3.5.1 样品制备与物相分析64-65
• 3.5.2 荧光属性分析65-67
• 3.5.3 余辉属性分析67-77
• 3.6 本章小结77-78
• 参考文献78-82
• 第四章 Ba_2ZnSi_2O_7:基质荧光粉荧光与余辉属性的研究82-107
• 4.1 前言82-83
• 4.2 Ba_2ZnSi_2O_7:Eu~(2+),RE~(3+)(RE=Ho,Pr,Dy)体系荧光与余辉属性分析83-93
• 4.2.1 实验过程与物相分析83-85
• 4.2.2 激发与发射光谱分析85-87
• 4.2.3 余辉属性分析87-93
• 4.3 Ba_2ZnSi_2O_7：Ce~(3+),Tb~(3+)体系能量传递和发光颜色调节的研究93-103
• 4.3.1 实验过程与物相分析93-94
• 4.3.2 激发与发射光谱分析94-99
• 4.3.3 能量传递过程分析讨论99-103
• 4.4 本章小结103-104
• References104-107
• 总结与展望107-110
• 一、研究总结107-108
• 1. 稀土掺杂Ba_4(Si_3O_8)_2基质长余辉发光材料107-108
• 2. 长余辉材料Ba_2ZnSi_2O_7：Eu~(2+),RE~(3+)108
• 3. Ba_2ZnSi_2O_7：Ce~(3+),Tb~(3+)108
• 二、后续研究展望108-110
• 攻读学位期间发表的论文110-113
• 致谢113

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本文编号：706048