基于基质组分及能量传递调控Zn2GeO4和Zn3Al2Ge2O10荧光粉的发光特性

摘要

本文以Zn2GeO4和 Zn3Al2Ge2O10为基质，采用高温固相法合成了一系列稀土离子RE(RE=Ce3+, Eu3+, Tb3+, Dy3+)和过渡金属离子Cr3+掺杂的Zn2GeO4和Zn3Al2Ge2O10荧光粉，研究了不同取代、能量传递及基质组分对材料发光性能的影响，并分析了材料性能变化的原因。
　　本研究主要内容包括：⑴合成了稀土离子RE(RE=Ce3+, Eu3+, Tb3+, Dy3+)掺杂的Zn2GeO4材料，研究了RE分别取代 Zn2+和 Ge4+时，材料发光性能的变化情况。其中 Zn2-xGeO4:xCe3+和Zn2Ge1-xO4:xCe3+表现出两个由于 Ce3+离子的5d-4f跃迁产生的发射带。Zn2-xGeO4:xCe3+和Zn2Ge1-xO4:xCe3+的色坐标和照片也显示出了不同的发光特性。随着Ce3+浓度的变化，样品的发射光谱还表现出了不同程度的蓝移和红移的现象，这是由于晶体场劈裂作用和电子云效应的共同作用造成的。而 Zn2-aGeO4:aR和Zn2Ge1-aO4:aR(R=Eu3+, Tb3+, Dy3+)均显示了掺杂离子的特征发射峰，并且材料的激发光谱和发射光谱的位置没有受到晶体场的影响。⑵合成了Cr3+掺杂的Zn2GeO4荧光粉，研究了Cr3+分别取代Zn2+和Ge4+时，材料发光性能的变化情况。并且提出了一种通过调控缺陷类型来抑制Zn2GeO4基质发光的方法。当Cr3+分别替代基质中的Zn2+和Ge4+时会形成两种不同类型的缺陷，即带正电和带负电的缺陷，其中带负电的缺陷对基质发光的抑制作用更明显。此外， Zn2GeO4:Cr3+还表现出了绿色的发光特性。⑶合成了Zn2GeO4:Tb3+, Eu3+，研究了Zn2GeO4, Tb3+和Eu3+之间的能量传递对材料发光特性的改善。在270 nm激发下，Zn2GeO4表现出一个由于V’o, Zni˙, VGe, V”Zn本征缺陷引起的350-600 nm范围内的宽发射带。在Zn2GeO4:Eu3+中，Eu3+离子在近紫外和蓝光区域的吸收率比较低，并且基质和 Eu3+之间没有能量传递。然而， Zn2GeO4和Eu3+之间的能量传递可以通过Tb3+作为桥梁来实现，Zn2GeO4:Tb3+, Eu3+在250-450 nm的范围内的吸收得到了改善，可以与商业的近紫外和蓝光LED芯片匹配。此外，还通过分析 Zn2GeO4:Tb3+, Eu3+的热释光谱和光致发光光谱研究了晶体结构的形成过程和缺陷变化的情况。⑷采用高温固相法合成了Zn3Al2Ge2O10:Cr3+，研究了材料的发光特性。在400 nm激发下，Zn3Al2Ge2O10:Cr3+表现出一个由于Cr3+的2E→4A2跃迁引起的650-750 nm范围的发射带，其峰值位于694 nm。在262 nm激发下，Zn3Al2Ge2O10:Cr3+还显示出一个350-600 nm范围内的弱发射带。通过掺杂Ca2+离子取代Zn3Al2Ge2O10基质中的Zn2+改善了样品的这个弱发射带，因此材料显示出了青白色的发射和长余辉现象。其中，青白色的发射是由于V’’Zn, V’’Ca, V’’o数量的增加造成的。材料的长余辉现象是由于Ca空位稳定O空位的作用造成的。因此，Zn3Al2Ge2O10:Cr3+在不同的激发下显示出了不同的发光特性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 本文主要研究内容

第2章 基本概念与实验方法

2.1 基本概念

2.2 几种主要稀土离子和过渡金属Cr3+离子的光谱特性

2.3 调控荧光粉的发光的因素

2.4 样品的制备

2.5 样品的表征

第3章 阳离子替代调控稀土离子掺杂的Zn2GeO4的发光特性

3.1 引言

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第4章 阳离子替代调控Cr3+掺杂的Zn2GeO4的发光特性

4.1 引言

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第5章 能量传递调控Zn2GeO4:Tb3+, Eu3+的发光特性

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

第6章 Ca2+离子诱导调控Zn3Al2Ge2O10:Cr3+的发光特性

6.1 引言

6.2 结果与讨论

6.3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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