稀土掺杂氟氧化物玻璃和微晶玻璃形成机理及应用

摘要

氟氧化物玻璃和微晶玻璃既有氧化物好的机械性能和稳定性，又有氟化物的低声子能量优势，是一类性能优越的稀土发光基质材料。目前对于该材料的研究主要集中于发光和微晶结构方面，对其玻璃基质微结构的研究较少，并且对其组成、结构及发光之间关系的认识并不十分令人满意。
　　本论文在对玻璃结构及硅氧四面体基本单元振动模式研究的基础上，通过傅立叶变换红外透射谱和拉曼光谱，研究氧化物Al2O3对稀土掺杂氟氧化物玻璃微结构的影响，重点研究Al2O3在玻璃网络形成中与硅氧四面体桥氧的键合作用，从原子层面分析玻璃网络微结构。针对长期争论的重金属离子Cd的作用问题，系统研究重金属离子在稀土掺杂氟氧化物玻璃和微晶玻璃形成过程中的作用，分析Cd在氟氧化物玻璃基质中的占位机理。该结果将对控制和调整氟氧化物玻璃网络结构，设计和改善材料性能，制备性能优良的氟氧化物微晶玻璃提供理论依据。
　　在对玻璃网络结构可调控制备的基础上，进一步研究稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃的成核和析晶特性。通过对材料热稳定性和析晶动力学过程分析，研究氧化物Al2O3和氟化物CdF2含量的改变对稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃成核过程和晶核生长的影响，从而为微晶玻璃的可控析晶过程提供理论指导，以制备高透过率的稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃。
　　最后在对玻璃和微晶玻璃微结构实现可控制备基础上研究该类材料在不同领域的应用。针对具有不同能级结构的稀土离子在玻璃和微晶玻璃中的发光特性，以提高发光效率为前提选择适合不同稀土离子的不同能级辐射跃迁的基质材料。重点研究掺Nd3+氟氧化物玻璃的发光特性和激光参数，以扩大该类材料在固态激光器领域的应用。同时研究Er3+/Yb3+共掺的氟氧化物微晶玻璃的上转换发光特性，其高效的上转换红光将使氟氧化物微晶玻璃成为具有实际应用价值的上转换发光材料，用于生物荧光探针、上转换三维显示和激光等领域。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 稀土元素和稀土发光材料

1．1．1 稀土元素

1．1．2 稀土发光材料

第二节 稀土掺杂氟氧化物玻璃和微晶玻璃

1．2．1 微晶玻璃概述

1．2．2 稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃的性质

1．2．3 稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃的研究现状及应用

第三节 本论文的主要工作

第二章 稀土掺杂氟氧化物玻璃和微晶玻璃的制备及测试表征

第一节 原材料结构和物化特性

2．1．1 稀土氧化物和稀土氟化物的结构和物化特性

2．1．2 氟化物结构和物化特性

2．1．3 氧化物结构和物化特性

第二节 稀土掺杂氟氧化物玻璃及微晶玻璃的制备

第三节 测试表征方法

2．3．1 X射线衍射分析

2．3．2 傅里叶变换红外光谱

2．3．3 拉曼光谱

2．3．4 差示量热分析

2．3．5 吸收光谱

2．3．6 荧光发射光谱和激发光谱

2．3．7 透射电子显微镜

第三章 稀土掺杂氟氧化物玻璃微结构研究

第一节 玻璃结构概述

3．1．1 玻璃结构学说

3．1．2 玻璃的组成

3．1．3 硅酸盐玻璃结构

第二节 硅酸盐玻璃中硅氧四面体基本单元的振动模式

第三节 振动光谱特征峰分析

第四节 氧化物对氟氧化物玻璃微结构的影响

3．4．1 氟氧化物玻璃的FTIR透射光谱

3．4．2 氧化物玻璃基质微结构的研究

第五节 氟化物对氟氧化物玻璃微结构的影响

第六节 稀土对微结构的影响

第七节 小结

第四章 稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃析晶特性研究

第一节 玻璃析晶和微晶玻璃的控制析晶

4．1．1 影响玻璃析晶的因素

4．1．2 微晶玻璃的控制析晶

第二节 氧化物含量改变对氟氧化物玻璃热稳定性和析晶动力学特性的影响

4．2．1 氟氧化物玻璃热稳定性研究

4．2．2 析晶动力学研究

4．2．3 Al2O3对成核的影响

第三节 氧化物含量改变对氟氧化物微晶玻璃析晶的影响

第四节 氟化物含量改变对稀土掺杂氟氧化物微晶玻璃析晶特性的影响

第五节 小结

第五章 稀土氟氧化物玻璃和微晶玻璃应用研究

第一节 稀土离子的发光能级及应用领域

第二节 Nd3+掺杂氟氧化物玻璃激光参数研究

5．2．1 Nd3+掺杂稀土发光材料特性

5．2．2 Nd3+掺杂氟氧化物玻璃光谱特性研究

第三节 Er3+／Yb3+共掺的氟氧化物微晶玻璃上转换发光研究

5．3．1 Er3+／Yb3+共掺发光材料上转换发光特性

5．3．2 Er3+／Yb3+共掺氟氧化物玻璃和微晶玻璃的上转换发光特性研究

第四节 小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果