Tm3+/Eu3+掺杂ZnO微晶玻璃的制备及发光性能研究

摘要

微晶玻璃结合了晶体和玻璃材料的性能，具有物理化学性质稳定、热稳定性好、光学均匀性好和易加工成各种形状等优点，在照明、显示、激光等光电材料和器件方面具有巨大的潜在应用性。另外，ZnO纳米材料因其优异的光电特性，也被广泛用于光电材料和器件的制备方面。本文通过高温熔融-淬火-热处理方法制备稀土离子掺杂的ZnO微晶玻璃，利用热分析、X射线衍射分析、透射电子显微镜分析、傅里叶红外光谱、吸收-透射光谱、荧光光谱等方法研究基础玻璃组分、热处理制度、稀土离子掺杂浓度、激发波长等因素对ZnO微晶玻璃的形成和光学性能的影响。研究结果如下:
　　(1)研究了玻璃的原料组分和热处理制度对ZnO微晶玻璃形成和发光性能的影响。结果表明:随着ZnO/K2O、SiO2/ZnO的降低和Al2O3/ZnO的升高，更易形成含ZnO晶体的微晶玻璃。ZnO微晶玻璃在450-750nm范围内有一个宽波段的发射带，在580nm附近发射强度最大。在较短时间或者较低温度的热处理条件下，ZnO微晶玻璃的发射强度更强。这是因为ZnO的可见发射由晶体缺陷引起，短时间或者较低温度热处理得到的ZnO晶体尺寸小，晶体发育不完整，晶体缺陷多，发射强度增高。随着热处理时间延长或者热处理温度升高，ZnO晶体缺陷减少，ZnO微晶玻璃的发光减弱。
　　(2)研究了Tm3+掺杂ZnO微晶玻璃的发光性能。发现原料组分为44SiO2-11Al2O3-35ZnO-10K2O:Tm3+的玻璃，在750℃下热处理5min后，在360nm激发光下，具有位于453nm处的蓝光发射和位于580nm处的橙红光发射，分别是由Tm3+的1D2→3F4跃迁和ZnO晶体的缺陷发射引起。通过控制激发波长和Tm3+的掺杂浓度，制备得到了具有橙红、白、蓝光发射的微晶玻璃，其中白光发射的色度坐标(0.33，0.32)。
　　(3)研究了Eu3+掺杂ZnO微晶玻璃的发光性能。发现原料组分为44SiO2-11Al2O3-35ZnO-10K2O:0.01Eu3+的玻璃，在730℃下热处理5min后，在325nm激发光下，不仅具有ZnO位于450-750nm的宽波段发射，也具有Eu3+位于612nm处的发射。随着Eu3+掺杂浓度的升高，ZnO的发光强度逐渐减弱，Eu3+的发光强度逐渐增强，ZnO位于550nm处的发射寿命逐渐减短，ZnO晶体与Eu3+之间的能量传递效率逐渐升高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 微晶玻璃简介

1．2．1 微晶玻璃的概念

1．2．2 微晶玻璃的发展历程

1．2．3 微晶玻璃的性能和应用

1．2．4 微晶玻璃的制备方法

1．2．4 微晶玻璃的制备现状

1．3 ZnO材料简介

1．3．1 ZnO的基本性质

1．3．2 ZnO的光学性能

1．3．3 ZnO纳米材料的制备

1．3．4 ZnO纳米材料在光电器件方面的应用

1．4 稀土元素简介

1．4．1 稀土元素种类

1．4．2 稀土元素的光学性能

1．4．3 稀土元素的能量传递

1．4．4 稀土材料的应用

1．5 选题意义及研究内容

1．5．1 本论文选题意义

1．5．2 本论文研究内容

第二章 样品制备及表征方法

2．1 样品制备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器与设备

2．1．3 样品制备

2．2 样品的表征方法

2．2．1 差示扫描量热分析(DSC)

2．2．2 X射线衍射分析(XRD)

2．2．3 透射电子显微镜(TEM)

2．2．4 傅里叶红外光谱(FTIR)

2．2．5 紫外-可见光谱(UV-Vis)

2．2．6 光致发光光谱

2．2．7 CIE色度坐标计算

第三章 ZnO微晶玻璃的制备及发光性能研究

3．1 引言

3．2 ZnO微晶玻璃的制备

3．3 玻璃组分对ZnO微晶玻璃形成及发光性能的影响

3．3．1 ZnO／K2O比对ZnO微晶玻璃形成及发光性能的影响

3．3．2 SiO2／ZnO比对ZnO微晶玻璃形成及发光性能的影响

3．3．3 Al2O3／ZnO比对ZnO微晶玻璃形成及发光性能的影响

3．4 热处理制度对ZnO微晶玻璃形成及发光性能的影响

3．4．1 热处理时间对ZnO微晶玻璃形成及发光性能的影响

3．4．2 热处理温度对ZnO微晶玻璃形成及发光性能的影响

3．5 本章小结

第四章 Tm3+掺杂ZnO微晶玻璃的制备及发光性能研究

4．1 引言

4．2 Tm3+掺杂ZnO微晶玻璃的制备

4．3 热处理时间对Tm3+掺杂ZnO微晶玻璃的形成及发光性能的影响

4．4 热处理温度对Tm3+掺杂ZnO微晶玻璃的形成及发光性能的影响

4．5 激发波长对Tm3+掺杂ZnO微晶玻璃发光性能的影响

4．6 Tm3+掺杂浓度对ZnO微晶玻璃发光性能的影响

4．7 本章小结

第五章 Eu3+掺杂ZnO微晶玻璃的制备及其发光性能研究

5．1 引言

5．2 Eu3+掺杂ZnO徼晶玻璃的制备

5．3 激发波长对Eu3+掺杂ZnO微晶玻璃发光性能的影响

5．4 Eu3+掺杂浓度对ZnO微晶玻璃发光性能的影响

5．5 本章小结

第六章 研究总结和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读学位期间发表的论文与取得的其它研究成果