红色长余辉发光材料YO：Eu,Ca,Ti的燃烧合成与性能研究

摘要

本论文系统研究了组成对Eu3＋离子激活的氧化钇体系磷光体的结构、光谱性质、余辉性能的影响，以期开发一种不含放射性物质的安全、高效、稳定的新型红色长余辉发光材料。 本论文通过大量的实验研究发现，Ti4＋离子和Ca2＋离子是造成磷光体具有长余辉现象的根本原因。在此基础上，用对比实验确定了最佳初始炉温，并研究了燃烧剂尿素、激活剂Eu3＋、助熔剂H3BO3的掺量范围；讨论了碱金属离子和碱土金属离子对磷光体余辉性能的影响；并且掺入第二种稀土离子（Gd2O3、Sm2O3、Dy2O3）和Bi3+，讨论了其对磷光体余辉性能的影响变化规律。 基于X射线衍射、激发光谱、发射光谱、紫外－可见反射光谱的测试结果，研究表明：最佳的炉温为600℃左右，激发光谱主激发峰位于253nm，来源于Eu3+―O2－的电荷迁移态跃迁（CTS），大于300nm范围的一些弱激发峰来源于Eu3+的4f电子组态内的跃迁，由于受到选择定则的限制，故强度较弱。发射峰来源于Eu3＋的5D0→7F0、5D0→7F1、5D0→7F2特征发射。 当尿素/硝酸盐＝1.5（重量比）、激活剂Eu3+离子掺量为5％时磷光体余辉性能较好；衍射结果表明用燃烧法制备的该发光材料的晶粒达到了纳米级；样品为立方晶系的Y2O3，无杂相存在；尿素用量越小得到的产物的晶粒就越小；晶胞参数a值无明显变化。 随着尿素用量的减少、激活剂离子掺杂浓度的提高，样品激发光谱的主激发峰发生比较显著的红移；发射光谱的主发射峰的位置却无变化。 助熔剂H3BO3最佳掺量为0.1mol。H3BO3的加入有利于促进产物的晶化过程，并形成完整的晶体结构，稀土激活剂离子能充分占据所置换离子的位置，使发光中心浓度和电子陷阱的密度增加，从而提高了发光强度和延长余辉时间。 碱金属离子和碱土金属离子对磷光体的余辉性能有一定程度的改善，可归因于不等价取代基质阳离子，造成了适当的电子陷阱能级和空穴能级，两种陷阱的共同作用导致了长余辉现象。 研究了不同的掺杂离子对磷光体余辉性能的影响，Dy3+离子的加入使得磷光体的发光性能显著变坏；Gd3+使磷光体发光性能略有改善；Bi3+，Sm3+使磷光体发光强度先增强后减弱；其中以掺杂Sm3＋效果最为明显。发射光谱未观察到异常发射，说明掺杂的稀土离子起到了敏化或辅助激活剂的作用。