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氧化物和硫氧化物均是重要的发光基质材料,已在照明和显示等领域得到了广泛应用。随着科技的高速发展,某些领域对发光材料的要求越来越高,不但要求其具有高的发光性能,还要求材料的粒子尺寸要达到纳米量级。为此,本论文研究了纳米Y2O3∶Yb,Er、Y2O2S∶Yb,Ho、Y2O2S∶Tb和Gd2O2S∶Tb发光材料的合成及发光性质。主要工作包括:
以EDTA为螯合剂,采用络合沉淀法合成了纳米级Yb、Er共掺杂的Y2O3上转换发光粉。X射线衍射和透射电子显微镜测试结果表明,制备的粒子为单一的立方晶相,颗粒基本为球形,其粒子尺寸约为30nm。光致发光光谱和红外光谱分析结果表明:纳米粒子的表面效应使其更易吸附空气中的水和二氧化碳,从而增强了4S3/2→4F9/2跃迁的无辐射弛豫过程,使得样品所发红光与体材料相比具有更高的荧光分支比。
采用均匀沉淀法,结合固-气硫化工艺成功制备了单分散、球形的Y2O2S∶Yb,Ho上转换纳米粒子。考察了熟化时间、反应物浓度、硫化温度、硫气流强度等制备参数对产物的结构和形貌的影响。通过控制熟化时间得到了稳定的纳米前驱体粒子,并提出了前驱体粒子在沉淀过程中的形成机制。更重要的是,在硫化过程中首次发现弱的硫气流是抑制纳米粒子团聚、实现单分散的关键因素。
此外,通过研究上述Y2O2S∶Yb,Ho的发光强度和激发功率间的对数关系曲线,发现随着粒子尺寸的降低,其蓝光发射由三光子吸收过程转变为双光子吸收过程;而绿光和红光发射虽然一直保持双光子吸收过程,但其对数曲线斜率值均随粒子尺寸的降低而逐渐增大。针对这种粒子尺寸与上转换发光机制的关系进行了详细的讨论。
以EDTA为螯合剂、尿素为沉淀剂,采用络合沉淀法并结合固-气硫化工艺制备了Y2O2S∶Tb纳米X射线发光粉。X射线衍射测试结果表明,所制备样品显示了单一的六角结构,根据谢乐公式估算其一次粒径为32nm。在254nm紫外光和X射线激发下,Y2O2S∶Tb X射线发光粉都显示了Tb3+离子的特征发射峰,分别起源于5D3和5D4能级到基态能级的跃迁,并详细研究了纳米晶的发光性能及Tb3+离子的能量传递过程。
采用均匀沉淀法,结合固-气硫化工艺首次制备了单分散、球形的Gd2O2S∶Tb纳米粒子。研究了Tb3+离子掺杂浓度对样品发光强度及色纯度的影响,并同时兼顾二者确定了最佳的Tb3+离子浓度。通过与现有工作的比较,证实本实验所制备的Gd2O2S∶Tb纳米粒子不仅具有单分散的球形形貌,而且显示了更高的发光效率,从而有利于进一步提高X射线成像系统的分辨率。