YO：Re(Re=Nd，Er，Ce)纳米粉末和透明陶瓷的制备及光谱性质研究

摘要

本文包含四章内容，绪论介绍了论文工作的相关背景，第二章至第四章报道了Y2O3∶Re(Re=Nd，Er,Ce)材料的制备、结构表征以及发光性质研究的结果。
　　 绪论首先介绍了近年来重点研究的几类稀土发光材料，然后详细阐述了稀土离子及其发光特征，给出了透明陶瓷的发展及相关制备工艺，最后简单介绍了固相法、溶胶凝胶法和共沉淀法制备纳米粉末的相关内容。
　　 在第二章中，分别用固相法、溶胶凝胶法和共沉淀法制备Y2O3∶Nd粉末，利用XRD和SEM对粉末的化学结构和颗粒形貌进行表征，并用808nm半导体激光器对样品进行激发，研究不同方法下样品的结构形貌及发光性质差异。
　　 固相法制备样品，操作简单，但反应所需温度较高，800℃煅烧下由于Nd3+离子未来得及扩散，样品几乎没有发光；该法制备出来的粉末颗粒度较大，且孔隙多。溶胶凝胶法制各样品，颗粒团聚较严重，形貌以疏松多孔结构为主，络合剂与金属的络合反应受pH值影响，不同pH值下得到的产物的发光强度不同。共沉淀法制备样品，得到的颗粒粒径较小，在20 nm左右，颗粒结成致密的片状结构，具有制备透明陶瓷的基本条件。
　　 进一步研究了不同掺杂浓度下Y2O3∶Nd纳米粉末的晶格常数以及808 nm激光激发下发射谱强度随Nd浓度的变化情况。当掺杂浓度高于l％时，样品发光开始产生猝灭，猝灭是由能级对之间交叉弛豫所导致的。
　　 在第三章中，以碳酸氢铵为沉淀剂，改变制备条件，利用共沉淀法制备Y2O3∶Er3+纳米粉末及透明陶瓷，通过FTIR、元素分析、XRF等手段研究前驱物的化学结构及组分，通过TG-DTA分析前驱物在升温过程中的失重情况，用XRD和SEM对粉末的成相情况和颗粒形貌进行表征。深入分析E产离子的光谱特点，以及pH值对粉末发光的影响。将实验所制粉末样品制成陶瓷，分析不同前驱条件对陶瓷透明度影响，并分析粉末与陶瓷的发光性质异同。
　　 pH值改变时，前驱物的化学结构基本不变，但沉淀物中Y、Er的比例会发生变化，pH值为9.5时前驱物中Er的实际含量比pH值为8.5时高0.5％，且不同pH得到的纳米颗粒的粒径大小以及分布范围各不相同，由此导致了样品发光性质产生差异。
　　 添加了1％分散剂对前驱产物的化学结构基本没有影响；分散剂在不同pH值下对粉末颗粒影响不一样，pH值为8.5时，产物颗粒变小，粒径分布范围加宽，片状结构表面很平整，pH值为9.0时，分散剂所起的作用相反，表面碎片增多。
　　 Y2O3∶1％Er在300～800nm范围内均有特征吸收，对应4f基态到4f激发态的跃迁。380nm波长光激发下，主要发射峰位于500～600nm范围，对应2H11/2/4S3/2→4I15/2跃迁，最强发射峰为563nm。在980nm和808nm激光的激发下，监测到样品的双光子上转换绿光发射现象；当Er掺杂浓度升高时，存在4S3/2→4I9/2与4I15/2→4I13/2能级对之间的交叉弛豫，使红光发射增强。980nm激发下，红光的上转换发光也是双光子过程。
　　 陶瓷样品的XRD衍射峰位置与粉末样品基本吻合，但峰强分布发生变化，(400)晶面优先生长，导致其对应衍射峰强度大大增强。pH值和分散剂对陶瓷透明度均有影响，pH值为8.5时陶瓷透明度较好。添加了分散剂后，陶瓷透明度变化程度不一样，pH值为8.0和8.5时，分散剂作用效果最好；而相同pH值下，过量分散剂所起用相反。高温烧结后晶粒生长得更好，使陶瓷样品发光增强一个量级左右。
　　 在第四章中，用共沉淀法制备(Y0.95La0.05)2O3∶Ce粉末，分析样品的发光性质以及La对Ce离子的影响。
　　 首先X射线衍射结果表明在Y2O3基质中引入5％的La不会改变Y2O3本身的基本结构，固溶体(Y0.95La0.05)2O3仍为立方相。激发光谱和发射光谱测试结果表明，基质引入5％的La并于800℃下煅烧后得到的样品，在紫外光271nm/368nm激发下在可见波段有宽带发射；结合XPS对不同样品中Ce3d能谱和O1s能谱的分析，可以确定，发光源于Ce3+离子的存在，进一步推断，基质中引入La在一定条件上可以对Ce3+离子起稳定作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 引言

1.1.1稀土发光材料

1.1.2本论文研究内容

1.2稀土离子光谱性质

1.2.1三价稀土离子的电子组态和能级结构

1.2.2稀土离子的发光特点

1.2.3稀土离子的激发

1.3稀土透明陶瓷概述

1.3.1稀土透明陶瓷的特点及应用

1.3.2影响陶瓷透明度因素

1.3.3 透明陶瓷的制备工艺

1.3.4 Y2O3晶体结构及透明陶瓷

1.4固相法、溶胶凝胶法和共沉淀法简介

1.4.1固相法简介

1.4.2溶胶凝胶法介绍

1.4.3沉淀法介绍

参考文献

第二章 Y2O3：Nd3+纳米粉末制备和性质研究

2.1 Y2O3：Nd3+纳米材料及激光工作物质介绍

2.1.1激光工作物质

2.1.2 Nd3+在Y2O3中的能级及光谱特点

2.1.2 Y2O3：Nd3+的应用

2.1.3 本章主要工作

2.2 Y2O3：Nd3+粉末的制备及其发光性质和颗粒形貌研究

2.2.1 高温固相法制备Y2O3：Nd3+粉末

2.2.2溶胶凝胶法制备Y2O3：Nd3+粉末

2.2.3共沉淀法制备Y2O3：Nd3+粉末

2.3小结

参考文献

第三章 Y2O3：Er3+纳米粉末及透明陶瓷制备和性质研究

3.1 Y2O3：Er3+纳米材料介绍

3.1.1上转换发光

3.1.2 Er3+光谱特点

3.1.3 Y2O3：Er3+的研究及应用

3.1.4本章的主要工作

3.2共沉淀法制备Y2O3：1％Er3+纳米粉末

3.3 制备条件对Y2O3：1％Er3+产物组分、结构和形貌的影响

3.3.1 pH值对样品组分、化学结构以及颗粒形貌的影响

3.3.2分散剂对产物的影响

3.4 Er3+的光谱性质及pH值对粉末发光的影响分析

3.4.1 Y2O3：Er3+的光谱性质

3.4.2 pH值改变引起的光谱性质变化及原因分析

3.5 Y2O3：Er3+透明陶瓷的制备及表征

3.5.1 Y2O3：Er3+透明陶瓷制备流程

3.5.2 Y2O3：Er3+透明陶瓷的化学结构

3.5.3 Y2O3：Er3+透明陶瓷的外观及形貌表征

3.5.4 Y2O3：Er3+透明陶瓷的发光性质

3.6结论

参考文献

第四章 (Y0.95La0.05)2O3：Ce纳米粉末制备和性质研究

4.1 Ce离子光谱及其在Y2O3中的掺杂情况

4.1.1 Ce离子光谱特点

4.1.2 Ce离子在Y2O3中的状态

4.1.3 Re2O3(Re=La,Y/Lu)的晶体结构与禁带宽度对Ce离子的影响

4.1.4本章的主要工作

4.2 共沉淀法制备(Y0.95La0.05)2O3：Ce纳米粉末

4.3 La对Y2O3中Ce离子的影响

4.3.1样品结构表征

4.3.2样品激发谱和发射谱

4.3.3样品中Ce离子的价态

4.4 小结

参考文献

结论

致谢

硕士期间发表的学术论文