稀土离子掺杂氟氧化物玻璃及微晶玻璃制备和发光性能研究

摘要

本文制备了一系列Eu<'3+>、Ce<'3+>、Dy<'3+>三种稀土离子单掺、双掺和三掺的氟氧化物玻璃和微晶玻璃,研究了玻璃的析晶行为以及玻璃和微晶玻璃的发光性质. 制备了Eu<'3+>掺杂的铅氟硅酸盐和碱土氟硅酸盐玻璃和微晶玻璃.利用Eu<'3+>作为荧光探针,运用声子边带谱(PSB)、Judd-Ofelt理论对比研究了铅氟硅酸盐玻璃和碱土氟硅酸盐玻璃在单相PbF<,2>、MgF<,2>、CaF<,2>、SrF<,2>和BaF<,2>析晶前后稀土离子局域环境的变化规律.结果表明,含有CaF<,2>、SrF<,2>、BaF<,2>纳晶的碱土氟硅酸盐玻璃和含有PbF2纳晶的铅氟硅酸盐玻璃中的Eu<'3+>局域环境变化规律是一致的,即经过析晶热处理以后,Eu<'3+>富集到了低声子能的氟化物纳晶环境中.但是,对于析出MgF2纳晶的微晶玻璃,其PSB谱和Judd-Ofelt参数的变化规律却表明Eu<'3+>并没有进入析出的MgF<,2>纳晶中. 制备了Ce<'3+>、Dy<'3+>单掺的含有CaF<,2>的氟硅酸盐玻璃和微晶玻璃.荧光光谱测试表明Ce<'3+>在氟氧化物玻璃和微晶玻璃中均具有较强的发光,而Dy<'3+>在氟氧化物玻璃和微晶玻璃中的发光能力非常微弱.制备了Ce<'3+>/Dy<'3+>双掺的碱土氟硅酸盐玻璃和微晶玻璃.其中含有CaF<,2>的样品熔体冷却后形成了玻璃态,而含有SrF2和BaF2的样品熔体冷却后分别形成了含有SrF<,2>和CeF<,3>纳晶的微晶玻璃.经过热处理,含CaF<,2>的玻璃可以析出CeOF纳晶,进一步提高热处理温度,还可以析出CeF<,3>纳晶,析晶后样品中Ce<'3+>/Dy<'3+>的发光强度均得到增强.吸收光谱和荧光光谱测试表明Dy<'3+>的发光主要由Ce<'3+>的能量传递提供,并且发光强度随Ce<'3+>:Dy<'3+>的浓度比值而增加.色度坐标计算结果表明Ce<'3+>/Dy<'3+>双掺的玻璃和微晶玻璃样品发光呈淡紫色. 制备了Ce<'3+>/Dy<'3+>/Eu<'3+>不同浓度比三掺的含有CaF<,2>的氟硅酸盐玻璃和微晶玻璃.研究了玻璃的析晶行为,在玻璃中析出CeOF和CeF<,3>纳晶之后,Ce<'3+>的发光出现显著增强.固定Ce<'3+>的掺杂浓度,研究了Dy<'3+>/Eu<'3+>浓度比对发光色度的影响,结果表明Ce<'3+>/Dy<'3+>/Eu<'3+>三种离子在310 nm-320 am和393 nm左右的波长激发下成功实现了白光发射.

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1研究背景

1.2问题的提出

1.3本文的工作

第二章 文献综述

2.1透明氟氧化物微晶玻璃

2.1.1微晶玻璃简介

2.1.2微晶玻璃的制备

2.1.3稀土离子掺杂氟氧化物微晶玻璃研究进展

2.2稀土离子在氟氧化物玻璃和微晶玻璃中的光谱性质

2.2.1稀土元素简介

2.2.2稀土离子的光谱理论

2.2.3稀土离子的间接激发和能量传递

2.2.4玻璃基质对稀土离子发光性能的影响

2.3 Eu3+离子作荧光探针的研究进展

2.4白光LED研究进展

2.5氟氧化物玻璃及微晶玻璃在白光LED照明领域的应用

第三章 实验过程和理论分析

3.1实验过程

3.1.1氟氧化物玻璃和微晶玻璃的制备

3.1.2材料性能表征

3.2理论分析

3.2.1声子边带谱(PSB)

3.2.2 Judd-Ofelt理论

3.2.3 CIE色度坐标计算

第四章 Eu3+掺杂氟氧化物微晶玻璃制备与性能研究

4.1 Eu3+掺杂的含PbF2纳晶的微晶玻璃制备与性能研究

4.1.1玻璃的制备与晶化热处理

4.1.2热处理制度对玻璃晶化行为的影响

4.1.3玻璃和微晶玻璃中的声子边带谱(PSB)

4.1.4通过紫外激发(394 nm)发射光谱计算J-O参数

4.2 Eu3+掺杂的含碱土金属氟化物纳晶的微晶玻璃制备与性能研究

4.2.1玻璃的制备与晶化热处理

4.2.2热处理制度对玻璃晶化行为的影响

4.2.3热处理对材料透过率的影响

4.2.4玻璃和微晶玻璃中的声子边带谱(PSB)

4.2.5通过紫外激发(394 nm)发射光谱计算J-O参数

第五章 Ce3+/Dy3+双掺氟氧化物玻璃与微晶玻璃制备及发光性能研究

5.1 Ce3+、Dy3+单掺SiO2-Al2O3-CaF2玻璃与微晶玻璃制备及性能研究

5.1.1玻璃样品制备及晶化热处理

5.1.2热处理对玻璃晶化行为的影响

5.1.3热处理对透过率的影响

5.1.4热处理前后玻璃和微晶玻璃样品的发光性能

5.2 Ce3+/Dy3+双掺SiO2-Al2O3-CaF2玻璃与微晶玻璃制备及性能研究

5.2.1玻璃样品制备及晶化热处理

5.2.2热处理对玻璃晶化行为的影响

5.2.3掺杂浓度和热处理对透过率和吸收的影响

5.2.4 Ce3+/Dy3+在玻璃和微晶玻璃中发光性能研究

5.2.5掺杂浓度和晶化行为对色度的影响

5.3 Ce3+/Dy3+双掺SiO2-Al2O3-SrF2微晶玻璃制备及性能研究

5.3.1样品制备

5.3.2掺杂浓度对吸收光谱和透过率的影响

5.3.3 Ce3+/Dy3+双掺微晶玻璃的发光性能

5.3.4掺杂浓度对色度的影响

5.4 Ce3+/Dy3+双掺SiO2-Al2O3-BaF2微晶玻璃制备及性能研究

5.4.1样品制备

5.4.2掺杂浓度对吸收光谱和透过率的影响

5.4.3 Ce3+/Dy3+双掺微晶玻璃的发光性能

5.4.4掺杂浓度对色度的影响

第六章 Ce3+/Dy3+/Eu3+三掺氟氧化物玻璃与微晶玻璃制备及发光性能研究

6.1玻璃样品制备

6.2热处理对玻璃晶化行为的影响

6.3掺杂浓度和热处理对吸收和透过率的影响

6.4 Ce3+/Dy3+/Eu3+三掺玻璃和微晶玻璃的发光性能

6.5掺杂浓度和晶化行为对色度的影响

第七章 结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢