基于f-d跃迁的三种含氧酸盐稀土荧光材料的制备和性质研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:ljh163com
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
在荧光材料的研究中,已经产生了非常多关于含氧酸盐稀土荧光材料的研究和相关的应用。比如,用于激光器中的Y3Al5O12(YAG)Nd激光晶体,用于白光LED的YAG Ce3+荧光粉,用于荧光温度探测的LiAl5O8Cr3+,用于安全标识的长余辉材料SrAl2O4Eu2+,Dy3+等。本文针对一些含氧酸盐稀土荧光材料在应用中产生的问题进行了研究,并且这些材料在应用时的激发或发射过程中,掺杂离子的电子主要发生了4f(→)5d的跃迁。  第一章为绪论部分。首先,我们介绍了本文内容的研究背景。然后,我们举例说明了荧光的基本原理和常用的表征方法。在发光材料的常用表征方法中,我们又详细阐述了热释光实验和分析方法。接着,介绍了稀土元素和稀土离子的发光。最后,我们简要描述了本文的几个工作。  YAG中Pr3+与Ce3+之间的能量传递在量子信息存储-读取和白光LED领域中有重要的应用价值。因此在第二章的工作中,我们详细研究了YAG.Pr3+,Ce3+中Pr3+与Ce3+之间两种能量传递的速率和临界距离。通过共沉淀方法,我们成功合成了一系列不同浓度的YAG Pr3+/Ce3+样品。通过测量和分析YAG单掺Pr3+、单掺Ce3+、两种单掺样品的混合、以及共掺Pr3+和Ce3+样品的激发谱和发射谱,我们推论出了在某些情况下,Pr3+5d能级可以将能量传递给Ce3+5d能级,而Ce3+5d能级的能量也可以传递给Pr3+1D2能级,并且Pr3+与Ce3+的光子再吸收过程很弱,可以忽略不计。我们将Dexter能量传递理论和发光动力学相结合,推导出了一个新方法,并使用这个方法去计算YAG掺杂不同浓度Pr3+、Ce3+样品的发射谱,得到了这两种能量传递的临界距离:Pr3+5d至Ce3+5d能量传递的临界距离为7.95(A),而Ce3+5d至Pr3+1D2能量传递的临界距离为4.00(A)。通过计算也得出了相应不同浓度样品两种能量传递的速率。这种计算能量传递速率和临界距离的方法也可以推广应用于其他非辐射能量传递过程的分析。比如,激光晶体YAG Ce3+,Nd3+中Ce3+到Nd3+的能量传递,Yb3+和Er3+共掺上转换过程中Yb3+至Er3+的能量传递,以及红色荧光粉应用中Gd3+到Eu3+的能量传递等。  除此之外,为了实现YAG∶Pr3+,Ce3+在量子信息存储-读取中的应用,即通过Ce3+的发光去监测Pr3+的初态,我们得到了Pr3+和Ce3+的最佳距离为560(A),此时初态读取的效率为7866%。考虑到Pr3+和Ce3+在YAG中都是取代的Y3+格位,因此,为了达到最好的量子信息读取效率,最好的方式就是在Pr3+的次近邻的一个Y3+格位替换成Ce3+。而在白光LED的应用中,为了尽可能的提高所缺少的红光成分,在Ce3+掺杂浓度不变和Pr3+没有发生浓度猝灭的情况下,应尽可能的提高Pr3+的掺杂浓度。  在第三章的工作中,我们使用固相法合成SrB4O7∶Sm2+荧光粉。在尝试了大量低形成温度玻璃后,选择使用TeO2-ZnO玻璃去包裹SrB4O7∶Sm2+粉末制成phosphor-in-glass(PiG)样品,这对功能粉末起到了保护作用。因为玻璃中包裹的功能粉末只占5%质量分数,因此PiG样品的XRD曲线呈现无定形的玻璃相。室温中,在355nm光的激发下,PiG样品的发射光谱与SrB4O7∶Sm2+荧光粉一致。随后,我们测量并分析了PiG样品684nm发射光寿命的变温特性。结果显示,在573K附近,其对温度的相对灵敏度达到了5%K-1,表明所制得的PiG样品依然是一种非常有应用前景的测温材料,并且可用于极端条件下的温度探测。  在以掺杂Eu2+为基础的一系列新一代长余辉材料发明之后,对其长余辉机理争论就一直存在。在第四章中,我们尝试通过光激励发光、不同激发温度下热释光的实验结果去分析SrAl2O4∶Eu2+/Dy3+单掺和共掺样品的长余辉机理。我们发现475nm的光能够持续激发SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+共掺样品的长余辉发光,这说明了Dy3+的激发能可以通过某种方式最终传递给Eu2+。在980nm光的激发下,SrAl2O4∶Eu2+/Dy3+单掺和共掺样品都能够产生光激励发光,这说明氧空位导致的电子陷阱在长余辉发光中起到了重要的作用。通过使用初始上升沿方法拟合不同温度激发下样品的热释光曲线,我们计算出了SrAl2O4∶Eu2+和SrAl2O4Eu2+,Dy3+两种样品的电子陷阱深度分布。结果表明,在SrAl2O4∶Eu2+中加入Dy3+会引入了一个深度小于0.65eV的陷阱,这与其他研究中Dy3+陷阱比氧空位深的说法不同。我们推论出了符合实验现象的余辉机理,类似的余辉机理可以推广到其它基于Eu2+掺杂的长余辉材料中。  在第四章的工作中,我们偶然发现在大于室温的温度下激发SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+并将其在室温中冷却一段时间后,其热释光峰的位置依然与激发温度有关。这就为我们提供了一个全新的思路:一些材料的热释光曲线是否具有记忆激发温度的特性?在第五章中,我们详细研究了这个问题。结果表明,在333K下激发SrAl2O4∶Eu2+,Dy3+荧光粉并将其在室温下冷却一天后,其热释光峰依然与不冷却时一致,说明样品记忆激发温度的时间超过一天。但是,冷却超过一天后,其热释光峰会向高温方向移动,从而失去记忆激发温度的作用。  最后,我们对本论文的研究内容进行了总结,并展望了其未来的应用前景。
其他文献
本文研究了在三种常见的量子噪声信道:相位阻尼信道、振幅阻尼信道、退极化阻尼信道作用下的非X态的量子失协以及几何失协,用图像诠释了Bloch矢量以及阻尼系数p对量子失协和
所谓人文精神,是指人类的文化精神、文明素养等内容,是全面发展的人的最根本、最主要的标志,包括人对自然、社会、他人以及自己的基本态度和价值观等内容。初中生正好处于青
二次电子信号的出射在科学技术领域都有着重要的价值,它作为扫描电子显微镜最常用的成像模式,能够反映电子束轰击范围内原位的材料以及形貌信息。二次电子极易受到实验条件以及
省重点中学的生源质量一般都比较高,我们学校的高一学生来自生源区内各初级中学,他们大都比较聪明,学习方法较好,效率较高,学业成绩也比较好.但是,事情还有另外一面,把这么多
作为一名教师,我经常在思考这样一个问题:成为一名优秀的教师,最重要的条件是什么?是优美的语言、广博的知识,还是丰富的教学经验?当我走进《教育的真谛》这部饱含诗情画意的教
期刊
随着量子信息科学的发展,量子信息的处理成为了人们在物理学和信息科学研究中的重要课题之一,量子计算作为量子信息处理的重要部分,成为了人们集中关注的焦点。离子阱是被用
变换光学是通过坐标变换来达到任意控制光路的学科,通过坐标变换可以计算出需要达到这种调控的材料的电磁参数。这些材料的电磁参数通常很极端:各项异性、连续变化或是含有极
数学学困生是数学教学中客观存在的一个现实问题。数学学困生的形成有多种因素,新课程实施后,学困生问题更加突出,更趋复杂化。转化学困生成为了当前数学教师亟待研究和解决
自然界的大部分物质都具有热胀冷缩的性质,即物质的体积随温度的升高而膨胀。同时,也有一部分材料具有热缩冷胀的性质,也就是负热膨胀效应,我们把这类材料称之为负热膨胀材料。材
义务教育课程标准实验教科书九年级《化学》上册第35页,还有课本中“活动与探究”第41页都有“铁丝在氧气中燃烧”的化学实验,其中都要求用螺旋状的细铁丝做实验。义务教育课