稀土离子在Na3Y(BO3)2中的4fn-15d能级位置和能量传递的研究

摘要

近年来离子体平板显示与闪烁体材料已经取得了长足的发展，但是仍然存在发光及探测效率低、稳定性较差以及使用寿命下降等缺点，因此探究新型发光材料也成为目前研究荧光粉的重点。并且，同步辐射真空紫外实验手段的发展为研究稀土离子高能激发态提供了实验基础。硼酸盐因结构丰富、性质稳定、易于合成，特别是具有多变的晶体场环境等特点，一直是优选的基质材料。本文选择Na3Y(B03)2作为基质材料，研究了多种三价稀土离子在真空紫外与紫外区域内的激发光谱和紫外到可见的发射光谱，并从4fn-15d能级位置和能量传递的角度对其进行分析。
　　本论文主要做了以下工作：
　　1.采用高温固相法制备Na3Y0.99Ln0.01(BO3)2(Ln=Ce，Pr，Tb，Dy)材料，研究了三价稀土离子在Na3Y(BO3)2基质中4fn-15d能级最低位置及其发光特性。Ce3+在Na3Y(BO3)2基质中5d能级最低位置位于27，472 cm-1，计算得出晶体场红移因子D(A)为21，868 cm-1。
　　2.分别监测pr3+和Tb3+的特征发射得到的Na3Y0.99Pr0.01(BO3)2和Na3Y0.99Tb0.01(BO3)2的激发光谱中，Pr3+离子和Tb3+离子的最低4fn-15d能级位置分别为40，650 cm-1和42，194 cm-1。这与根据Ce3+的最低5d值和上述D(A)值预测的Pr3+和Tb3+的4fn-15d能级最低位置十分吻合。分别计算出Pr3+离子和Tb3+离子在Na3Y(BO3)2中的D(A)值，并与Ce3+离子在Na3Y(BO3)2中的D(A)值进行对比、修正，得到D(A)为21，604 cm-1。
　　3.通过Na3Y0.99Dy0.01(BO3)2激发光谱的研究，初步观察到Dy3+离子的最低4fn-15d能级位置为53，475 cm-1，与根据D(A)所得到的预测值一致，表明该D(A)值适用于推测稀土离子在Na3Y(BO3)2基质中的4fn-15d能级位置。由此给出了其他三价稀土离子在Na3Y(BO3)2基质中最低的4fn-15d能级位置。
　　4.研究了Ce3+，Tb3+共掺的Na3Y(BO3)2的发光特性及双掺稀土离子之间的能量传递过程。在Na3Y(BO3)2基质中，Ce3+能够很好地敏化Tb3+，把吸收的能量传递给Tb3+。Na3Y(BO3)2：Ce3+，Tb3+既充分利用了Ce3+的宽谱带、高强度的4f-5d跃迁吸收，又通过Ce3+-Tb3+之间的能量传递，有效地将紫外光转化成Tb3+的绿色光。