Eu3+、Tb3+掺杂铋基含氧酸盐发光材料的制备及发光性质研究

摘要

随着科学技术的进步,对光学功能材料提出了更高的要求,使得稀土发光材料在稀土各应用领域中占有举足轻重的地位。在众多的稀土发光材料中,以Eu3+、Tb3+为激活剂的材料已成为发红色光和绿色光的主要来源,并得到了广泛的研究。Eu3+、Tb3+的发光性质同与之匹配的基质材料的种类、晶相及性质密切相关,所以研究不同基质Eu3+、Tb3+掺杂的发光材料成为热点之一。铋基含氧酸盐具有稳定的晶体结构和高热稳定性,是一种良好的基质材料,备受研究者们青睐。本文选取 Bi2WO6、BiPO4和γ-Bi2MoO6为基质,制备了Eu3+、Tb3+掺杂Bi2WO6基,BiPO4基和Eu3+掺杂γ-Bi2MoO6基发光材料。通过DTA-TG、XRD和IR等对制备样品的结构进行了表征,并通过荧光光谱对其发光性质进行了研究。
　　首先,在 EDTA二钠盐的参加下,以 Na2WO4为沉淀剂,采用共沉淀法制备了Eu3+、Tb3+掺杂Bi2WO6基红色和绿色发光材料。经600℃退火处理后,样品呈正交相Bi2WO6;当退火温度高达1000℃,样品呈正交相Bi2(WO4)3。通过Eu3+和Tb3+分别掺杂Bi2WO6基发光材料的激发及发射光谱,发现以465 nm和488 nm蓝光作为用最佳激发波长,可以得到发光性能优良的以Eu3+的5D0→7F2跃迁为主的红光和以Tb3+的5D4→7F5跃迁为主的绿光发光材料。该发光材料与广泛使用的蓝光LED芯片的输出波长相匹配,有望成为适用于蓝光LED芯片的新型光转换红光和绿光材料。
　　其次,采用共沉淀法及水热法分别制备了Eu3+、Tb3+掺杂BiPO4基发光材料。在C2H6O2分散剂的存在下,以(NH4)2HPO4为沉淀剂,采用共沉淀法制备的Eu3+、Tb3+掺杂BiPO4样品,XRD表明,室温下制备的样品为六方相结构BiPO4,经400℃退火温度处理后,开始出现单斜相,当退火温度升高到600℃及以上时,晶相转变为纯单斜相。以395 nm和377 nm紫外光作为最佳激发波长,可以分别得到发光性能优良的橙红色光和绿色发光材料,其中单斜相发光性质更佳。在C2H6O2分散剂的存在下,采用水热法制备的Eu3+、Tb3+掺杂BiPO4样品,随水热温度的升高及水热时间的增加也呈现出从六方相向单斜相的转变。通过激发及发射光谱,发现其最佳激发波长同为395 nm和377 nm,且单斜相发光性质更佳,但所得的橙红色光、绿色光发光材料的发光强度低于共沉淀法所制备的样品。
　　最后,采用共沉淀法制备了 Eu3+掺杂γ-Bi2MoO6红色发光材料。当退火温度为800℃,pH值取5、7、9、11和13时,样品呈正交相γ-Bi2MoO6。在612 nm波长光的监测下,样品γ-Bi2MoO6:Eu3+的激发光谱中没有Eu3+→O2-电荷迁移带及Mo6+→O2-电荷迁移带所形成的宽的吸收峰,只在466 nm和535 nm处存在强的类线性跃迁峰,且两处激发峰强度相差不大,表明该发光材料与广泛使用的蓝光LED芯片的输出波长相匹配。以466 nm蓝光为最佳激发波长,可以得到发光性能优良的以Eu3+的5D0→7F2跃迁为主的红色发光材料,当pH值等于5时,Eu3+掺杂γ-Bi2MoO6的发光强度最大。
　　本论文以铋基含氧酸盐中Bi2WO6、BiPO4和γ-Bi2MoO6为基质材料,以最为常见的发特征红色和绿色光的Eu3+、Tb3+为激活剂,采用简单易于操作的制备方法,制备出发光性能良好的铋基含氧酸盐发光材料,为更加丰富发光材料的领域,提升铋酸盐的应用范围提供了信息。

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第一章 绪论

1.1稀土发光材料

1.2稀土发光材料的相关理论

1.3稀土发光材料的制备方法

1.4铋基含氧酸盐的研究现状

1.5论文研究的主要内容和意义

第二章 Eu3+掺杂Bi2WO6发光材料的制备及发光性质

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4小结

第三章 Tb3+掺杂Bi2WO6发光材料的制备及发光性质

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4小结

第四章 Eu3+掺杂BiPO4发光材料的制备及发光性质

4.1引言

4.2实验部分

4.3共沉淀法制备BiPO4：Eu3+发光材料的结果与讨论

4.4水热法制备BiPO4：Eu3+发光材料的结果与讨论

4.5共沉淀法与水热法制备BiPO4：Eu3+的对比

4.6小结

第五章 Tb3+掺杂BiPO4发光材料的制备及发光性质

5.1引言

5.2实验部分

5.3共沉淀法制备BiPO4：Tb3+发光材料的结果与讨论

5.4水热法制备BiPO4：Tb3+发光材料的结果与讨论

5.5共沉淀法与水热法制备BiPO4：Tb3+的对比

5.6小结

第六章 Eu3+掺杂γ-Bi2MoO6发光材料的制备及发光性质

6.1引言

6.2实验部分

6.3结果与讨论

6.4小结

第七章 总结

参考文献

硕士研究生期间发表的学术论文

致谢