(1-x)BaTi0.8Zr0.2O3-XBa0.7Ca0.3TiO3发光性质的研究

摘要

稀土离子掺杂的钛酸盐发光材料化学稳定性好，结构相对简单，发光效率高，在场发射显示装置、等离子显示板、阴极射线管、发光二极管和光电器件等方面有着潜在的应用前景，最近受到人们的广泛关注。本文采用溶胶凝胶法制备了(1-x)BaTi0.8Zr0.2O3-xBa0.7Ca0.3TiO3(∶)(Pr3+或Sm3+)稀土发光材料，通过差热-热重、XRD、荧光光谱、漫反射谱和发光衰减曲线等测试手段对材料进行了结构和性能分析，研究了稀土离子掺杂浓度、热处理温度、钛酸盐基质和不同激活剂等对钛酸盐发光材料发光性能的影响，得到如下结论:
　　 1.Pr3+离子浓度和热处理温度对(1-x)BaTi0.8Zr0.2O3-xBa0.7Ca0.3TiO3∶Pr3+发光性能的影响，主要结论如下:
　　 (1)稀土Pr3+离子浓度影响:随着Pr3+离子的掺杂浓度的逐渐增加，当Pr3+离子的掺杂浓度为0.1 mol％时，0.45BaTi0.8Zr0.2O3-0.55Ba0.7Ca0.3TiO3∶0.1％Pr3+材料的发光效果较好，激发光谱中激发主峰为320nm，是由O(2P)→Ti(3d)电荷跃迁引起的，发射峰为612nm，对应于Pr3+离子的1D2→3H4特征发射。
　　 (2)热处理温度影响:改变样品热处理温度，分别为800℃、900℃、1000℃、1100℃和1200℃，当热处理温度为1100℃时，0.2BaTi0.8Zr0.2O3-0.8Ba0.7Ca0.3TiO3∶0.1％Pr3+粉体的结晶较好，发光性能最优，发光强度和发光寿命都达到最大值。
　　 (3)发光薄膜:采用溶胶凝胶法制备出0.3BaTi0.8Zr0.2O3-0.7Ba0.7Ca0.3TiO3∶0.1％Pr3+发光薄膜，当热处理温度为950℃时，发光薄膜的发光强度达到最佳。
　　 总之，当Pr3+离子掺杂浓度为0.1 mol％时，0.45BaTi0.8Zr0.2O3-0.55Ba0.7Ca0.3TiO3∶0.1％Pr3+粉体的发光性能最好;当样品热处理温度为1100℃，0.2BaTi0.8Zr0.2O3-0.8Ba0.7Ca0.3TiO3∶0.1％Pr3+粉体的发光强度和荧光寿命都达到最优。对于发光薄膜，当热处理温度为950℃时，薄膜的发光性能达到最强，这归于热处理温度的提高明显改善了发光材料的结晶度。
　　 2.基质成分改变和激活剂对(1-x)BaTi0.8Zr0.2O3-xBa0.7Ca0.3TiO3粉体发光性能的影响，主要结论如下:
　　 (1)基质影响:当基质成分x值逐渐变化时，x分别取为0.0，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0，当x=1.0时(1-x)BaTi0.8Zr0.2O3-xBa0.7Ca0.3TiO3∶0.1％Pr3+粉体的发光强度最佳，这可能源于x值的变化引起基质能带结构的改变。
　　 (2)激活剂影响:与Pr3+掺杂的0.45BaTi0.8Zr0.2O3-0.55Ba0.7Ca0.3TiO3粉体相比，0.45BaTi0.8Zr0.2O3-0.55Ba0.7Ca0.3TiO3∶0.1％Sm3+粉体的发光相对强度和荧光寿命都明显提高。
　　 总之，随着x值的逐渐变化，当x=1.0时，(1-x)BaTi0.8Zr0.2O3-xBa0.7Ca0.3TiO3∶0.1％Pr3+材料的发光强度和荧光寿命都达到最佳，这可能与x值的变化导致基质能带结构的改变有关。与掺杂Pr3+相比，(1-x)BaTi0.8Zr0.2O3-xBa0.7Ca0.3TiO3∶0.1％ Sm3+材料的发光强度和荧光寿命明显增强，这意味着稀土离子也是影响发光材料的发光强弱的因素之一。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 发光材料的分类

1．3 发光材料的发光性能指标

1．3．1 激发光谱

1．3．2 发射光谱

1．3．3 漫反射光谱

1．3．4 发光强度

1．3．5 荧光寿命

1．4 稀土发光材料简介、研究及应用

1．4．1 稀土发光材科简介

1．4．2 稀土发光材料的研究进展

1．4．3 稀土发光材料的应用

1．5 稀土发光材料的制备方法

1．5．1 高温固相反应法

1．5．2 微波法

1．5．3 化学沉淀法

1．5．4 燃烧法

1．5．5 喷雾热解法

1．5．6 水热合成方法

1．5．7 溶胶-凝胶法

1．6 研究内容和意义

第二章 实验设计与研究方法

2．1 实验设计思路与目标

2．2 实验原料

2．3 实验仪器与设备

2．4 样品的表征与性能测试

2．4．1 热分析(DSC-TG)

2．4．2 X射线衍射分析

2．4．3 荧光光谱分析

2．4．4 荧光寿命

2．4．5 漫反射谱

第三章 (1-x)BaTi0．8Zr0．2O3-xBa0．7Ca0．3TiO3：(Pr3+,Sm3+)发光粉体的制备及其性能研究

3．1 (1-x)BaTi0．8Zr0．2O3-xBa0．7Ca0．3TiO3：Pr3+粉体的制备

3．1．1 前驱体溶胶的制备

3．1．2 凝胶和干凝胶的获得

3．1．3 前驱体粉末的热分析

3．2 Pr3+掺杂浓度对0．45BaTi0．8Zr0．2O3-0．55Ba0．7Ca0．3TiO3：Pr3+粉体发光性能的影响

3．2．1 实验方案

3．2．2 不同Pr3+掺杂浓度对样品物相的影响

3．2．3 不同Pr3+掺杂浓度对样品激发和发射光谱的影响

3．2．4 不同Pr3+掺杂浓度对样品荧光寿命的影响

3．3 热处理温度对0．2BaTi0．8Zr0．2O3-0．8Ba0．7Ca0．3TiO3：0．1％Pr3+粉体发光性能的影响

3．3．1 实验方案

3．3．2 不同样品热处理温度对样品物相的影响

3．3．3 不同热处理温度对样品激发和发射光谱的影响

3．3．4 不同热处理温度对样品漫反射光谱的影响

3．3．5 不同热处理温度对样品荧光寿命的影响

3．4 基质改变对(1-x)BaTi0．8Zr0．2O3-xBa0．7Ca0．3TiO：Pr3+发光性能的影响

3．4．1 实验方案

3．4．2 基质成分改变对样品物相的影响

3．4．3 基质成分改变对样品激发和发射光谱的影响

3．4．4 基质成分改变对样品荧光寿命的影响

3．5 (1-x)BaTi0．8Zr0．2O3-xBa0．7Ca0．3TiO3：Sm3+粉体发光性能的研究

3．5．1 实验方案

3．5．2 0．45BaTi0．8Zr0．2O3-0．55Ba0．7Ca0．3TiO3：0．1％Sm3+粉体的物相结构

3．5．3 0．45BaTi0．8Zr0．2O3-0．55Ba0．7Ca0．3TiO3：0．1％Sm3+粉体的激发和发射光谱

3．5．4 不同稀土离子掺杂发光性能的对比

第四章 0．3BaTi0．8Zr0．2O3-0．7Ba0．7Ca0．3TiO3：0．1％Pr3+发光薄膜的制备及其性能研究

4．1 0．3BaTi0．8Zr0．2O3-0．7Ba0．7Ca0．3TiO3：0．1％Pr3+薄膜的制备

4．1．1 溶胶的制备

4．1．2 基片的制备和清洗

4．1．3 匀胶和甩膜

4．1．4 薄膜的热处理

4．1．5 热处理温度对发光薄膜物相的影响

4．1．6 热处理温度对发光薄膜激发和发射光谱的影响

4．1．7 热处理温度对发光薄膜荧光寿命的影响

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间撰写论文