稀土掺杂Ba2Ln(BO3)2Cl、CaWO4基质发光材料的制备及其发光特性的研究

摘要

本文通过高温固相法制备了Ba2Ln(BO3)2Cl(Ln=Y3+，Gd3+)∶Sm3+，Eu3+红色荧光粉和共掺杂碱金属作电荷补偿的CaWO4∶Tb3+绿色长余辉发光材料。通过XRD、光致发光、荧光寿命、余辉衰减及热释光等技术手段进行测量和分析，主要获得了以下几方面的研究成果:
　　1.Ba2Ln(BO3)2Cl∶Sm3+，Eu3+(Ln=Y，Gd)红色荧光粉的发光特性及能量传递
　　通过对Sm3+/Eu3+单掺以及共掺Ba2Ln(B O3)2Cl(Ln=Y, Gd)系列荧光粉的XRD研究，发现Ba2Ln(BO3)2Cl晶体结构为单斜晶系，空间点群为P21/m。通过光谱图可以观察到，Sm3+-Eu3+共掺时随着Eu3+离子浓度的增加Sm3+离子在603nm位置的发光强度逐渐减弱而Eu3+离子在593nm位置的发光强度逐渐增强，表明Sm3+/Eu3+之间存在能量传递。同时Sm3+离子的荧光寿命随Eu3+离子浓度的增加而减小，进一步证明在Ba2Ln(BO3)2Cl荧光粉中Sm3+向Eu3+进行了能量传递。通过对样品的荧光光谱及荧光寿命的分析，我们还对Ba2Ln(BO3)2Cl∶Sm3+，Eu3+荧光粉的浓度淬灭、能量传递机理及能量传递效率做了进一步的研究，经研究发现Ba2Ln(BO3)2Cl∶Sm3+，Eu3+荧光粉中Eu3+和Sm3+之间的能量传递是“电偶极-电四极”相互作用引起的。研究表明，通过共掺杂Sm3+离子可以提高Ba2Ln(BO3)2Cl∶Eu3+红色荧光粉在近紫外(～400nm)激发下的能量利用率，这就很好的与GaN基质的LED发射相匹配，有助于增强其在白光LED中的应用。
　　2.碱金属离子掺杂对CaWO4∶Tb3+发光和余辉性能的影响
　　通过对CaWO4∶ Tb3+，M+(M=Li，Na，K)系列样品的光致发光及余辉特性的研究，得出不同的碱金属离子对材料的光致发光及余辉有不同程度的影响。其中Na+半径与于Ca2+半径最为接近，从而对Tb3+离子掺杂的电荷补偿以及基质的体积补偿效果最为明显，从而提高Tb3+离子的发光。而对于样品的余辉性能，样品的余辉来源于Tb3+的5D4→7F5,6跃迁特征峰，电荷补偿对样品的余辉发射光谱位置和热释峰的峰形均不产生影响，只是强度发生改变，这可能是由于电荷补偿时碱金属离子半径不同从而影响陷阱浓度造成的。不同半径碱金属离子的掺杂使材料自身缺陷引起的陷阱浓度得到某种程度的增加或减小，从而对材料的余辉性能产生不同程度的影响。Li+进入晶格后与其他碱金属离子相比对晶格的扭曲影响最大，形成的陷阱浓度最大，从而使Li+对材料的余辉性能补偿效果最为明显。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 稀土发光材料的研究及应用

1．3 稀土发光材料理论基础

1．3．1 稀土元素的电子层结构

1．3．2 稀土离子在发光材料中的4f能级跃迁

1．3．3 能量传递

1．3．4 浓度淬灭

1．3．5 荧光寿命和余辉现象

1．4 稀土发光材料的制备方法

1．4．1 高温固相法

1．4．2 溶胶-凝胶法

1．4．3 共沉淀法

1．4．4 水热法

1．4．5 燃烧合成法

1．5 课题的提出及研究内容

1．5．1 Eu3+激活的Ba2Ln(BO3)2Cl荧光粉

1．5．2 碱金属掺杂的CaWO4∶Tb3+长余辉材料

第二章 实验

2．1 实验原料

2．2 样品合成

2．3 样品的测试和表征

2．3．1 物相分析

2．3．2 光谱性能分析

2．3．3 荧光寿命分析

2．3．4 余辉曲线分析

2．3．5 热释光曲线分析

第三章 Ba2Ln(BO3)2Cl∶Sm3+，Eu3+(Ln=Y，Gd)红色荧光粉发光特性及能量传递

3．1 前言

3．2 实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 物相分析

3．3．2 光致发光

3．3．3 能量传递机理分析

3．3．4 荧光衰减曲线分析

3．4 本章小结

第四章 碱金属离子掺杂对CaWO4∶Tb3+发光和余辉性能的影响

4．1 前言

4．2 实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 样品的XRD结构分析

4．3．2 样品的发光性能分析

4．3．3 样品的余辉性能分析

4．3．4 分析讨论

4．3．5 结论

4．4 本章小结

总结

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢