稀土Eu3+、Tb3+掺杂的发光粉、发光玻璃纤维光学材料的研究

摘要

稀土离子单双掺杂的发光粉、发光玻璃、发光玻璃纤维在发光材料领域占有重要位，其发光产品在航空航天、军事武器、消防应急、交通运输、以及航海作业等方面有着广泛应用。现在关于稀土离子自身发光和稀土离子共掺杂发光的报道较多，而关于基质与稀土离子间相互作用的研究较少。其次，关于玻璃纤维的研究虽然已成为研究的一个热点问题，但关于发光玻璃纤维尤其是多色发光玻璃纤维的研究迄今为止鲜有报道。而以上两方面的研究是发光材料领域不可或缺的研究内容。
　　本文将Eu3+掺杂到CBC中得到了红光和蓝光的发射，而且首次发现Eu2+的发射光谱对365 nm的UV很敏感，其强度为254 nm UV的7-22倍；水热合成法与固相法相比其产品存在特殊峰。我们还发现CBC的光谱（464 nm）与Eu2+的4f65d1→8S7/2发射光谱（466 nm）类似，当掺杂Tb、Er、Sm等离子后该现象仍存在。结果表明：基质CBC中不同合成方法将影响发光粉的光谱，而且CBC具有特殊的性质可能使稀土离子的能量向基质传递。
　　首次将ZLMABS玻璃基质与Zn4B6O13:Eu3+/Tb3+系列发光粉经高温熔融后制备了多色发光玻璃纤维和玻璃带。发现在不同 Eu3+/Tb3+摩尔比的发光玻璃中，多以Tb3+的5D4→7FJ(J=6,5)和Eu3+的5D0→7FJ(J=1,2)跃迁发射同时存在。但在不同波长激发下一定组成的玻璃可得到红、橙、黄、绿光的发射。结果表明：玻璃中Eu3+、Tb3+被[SiO4]、[BO4]、[BO3]网络形成体所封闭，导致Eu3+、Tb3+在发光粉中的复合发光中心转变为在玻璃中的分立发光中心。所以控制发光粉中Eu3+、Tb3+含量和激发波长是获得多发射为一体玻璃的关键。我们还以ZLMABS基玻璃为例对发光玻璃纤维和发光玻璃带的制备工艺进行了讨论。
　　综上所述，本文通过对Eu3+离子在基质CBC中的光谱研究、不同合成方法的光谱和晶貌比较、以及对Eu2+离子稳定存在的因素等方面的讨论，为稀土离子与基质间相互作用的理论研究进一步奠定了实验基础；通过研究发光粉与玻璃基质制备多色玻璃纤维的过程，为环境友好型彩色夜光纤维增添了新品种，为多发射为一体玻璃纤维的应用进行了开拓性的研究工作。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 主要发光材料基质的种类

1.2 玻璃纤维的种类、成分及性能

1.2.1 从玻璃原料成分分类

1.2.2 以单丝直径分类

1.2.3 以纤维特性分类

1.3 稀土在发光粉和纤维中的应用

第二章 Eu3+掺杂CBC的性能研究

2.1发光体CBC:Eu2+和基质CBC的光谱研究

2.1.1 合成方法

2.1.2实验仪器

2.1.3结果与讨论

2.1.4 小结

2.2 CBC:Eu2+的发光及Eu2+在空气中稳定存在的因素

2.2.1合成方法

2.2.2试剂及仪器

2.2.3结果与讨论

2.2.4 小结

第三章 发光玻璃纤维、玻璃带和玻璃薄膜的制备

3.1玻璃材料的相关概念

3.1.1 玻璃材料的定义

3.1.2 玻璃的结构

3.2玻璃纤维、玻璃带、玻璃薄膜的制备工艺

3.2.1玻璃配料的作用

3.2.2玻璃液的熔制

3.2.3玻璃纤维的拉纤工艺

3.2.4玻璃带和玻璃膜的制备工艺

3.3 ZLMABS基发光玻璃、纤维及玻璃带的实验室制备

3.3.1发光粉的制备

3.3.2发光玻璃、玻璃纤维、玻璃带的制备方法

3.3.3 实验所用仪器

3.4 发光玻璃纤维、玻璃带的SEM

第四章 发光玻璃、发光玻璃纤维的发光研究

4.1 Tb3+掺杂ZCBM基发光粉、发光玻璃的光谱研究

4.1.1合成方法

4.1.2试剂及仪器

4.1.3结果与讨论

4.1.4 小结

4.2 Zn4B6O13:Eu/Tb发光粉在ZLMABS基玻璃中的多光色发光

4.2.1 制备方法

4.2.2实验仪器

4.2.3结果与讨论

4.2.4 小结

第五章 结语

致谢

参考文献

附录 A攻读学位期间发表论文及专利

附录 B镧系元素的某些性质