硅/铝基氧化物荧光粉的性能研究和理论模拟

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:luhaixiong1971
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光学与其他学科有着紧密的联系,研究发光不仅使光学获得长足的发展也为其他学科的发展助力。近年来,稀土发光研究有了新的突破,也带动了发光与农业、牧业、医学、军事等交叉学科的发展。由于稀土在发光中占据了很重要的位置,因此我们实验和理论相结合,研究了稀土掺杂硅/铝基氧化物荧光粉的发光强度、发光波长位置和长余辉性能,为其应用提供理论和实验基础。本论文具体分为八章:第一章是绪论部分,主要对稀土发光研究历史做了简要的梳理,并介绍了荧光粉行业常用的专业术语以及典型的合成方法。还简单地介绍了本文的研究思路和内容提纲。第二章对论文中涉及到的实验仪器进行简要介绍,给出了部分实验仪器使用范围和使用过程中可能出现的问题。此外,简要描述了本文中理论模拟用到的Material Studio软件的原理及应用范围。第三章介绍了减少氧空位缺陷对(Ca1-xSrx)7(SiO3)6Ch荧光粉中Ce、Tb掺杂发光性质的影响。首先,通过高温固相法合成该荧光粉的纯相,并研究了该体系中的Ce、Tb能量传递,成功实现发光从蓝光到绿光的转变。通过能量传递公式拟合,传递机理属于多级相互作用中的偶极子-偶极子的相互作用,其能量传递效率最高可达96.2%。除此之外,Ce、Tb共掺杂减少Ce单掺杂产生的氧空位缺陷,反作用于Ce,增强Ce的发光强度。进一步通过小半径的Y、Lu等惰性三价阳离子分别与Ce的共掺杂得到验证。第四章探究了硅酸锶结构正交相(α-Sr2SiO4)掺Eu的最佳合成条件以及通过Ca、S掺杂改变其发光性能。1200℃下,N2气氛有利于合成纯的正交相。Ca掺杂时光吸收范围增加,产生了晶体场劈裂作用引起能级的变化,发射光谱红移。理论计算结果也表明Ca掺杂后能隙减小,从而引起发光红移。而当S掺杂时,S的半径大于O的半径,改变Eu的配位空间大小,使Eu替代偏向于发光波长更短的Sr(Ⅰ)的位置。理论计算结果也表明S掺杂后,Eu占据Sr(Ⅰ)位置的能量更低,占据几率增加,使蓝光部分发射增加。第五章研究了助熔剂AlF3对G-La2Si2O7:Eu2+荧光粉合成的影响。AlF3可以促进成相,更重要的是其可以促进Eu3+向Eu2+的还原。通过Eu L3近边吸收结果显示AlF3能够促进Eu3+完全还原为Eu2+,而Al2O3掺杂只能使Eu3+部分还原为Eu2+。FT-IR和NMR表明Al占据Si的位置,F占据在O的位置。DFT的理论计算结果表明Al-F掺杂能够稳定掺杂在G-La2Si2O7中的Eu2+。以及Al-F掺杂后氧空位能级具有更强捕获电子的能力,使Eu3+更易还原为Eu2+。第六章介绍了 SrAl2O4:Eu长余辉性能的开启和关闭。研究发现,通过B原子取代,可以显著提高SrAl2O4:Eu的长余辉性能,而进一步F原子的掺杂则会降低长余辉寿命。B掺杂时会引起氧空位产生。氧空位形成的缺陷能级能捕获高能电子导致长余辉性能的提高。XPS和EPR等测试分析了该过程中氧空位的变化。通过密度泛函理论计算确定了 Eu5d态密度降低。氧空位能级的产生使余辉性能增加,而Eu 5d态密度降低导致发光下降。而F的掺杂,又使氧空位消失、Eu5d态密度增强,从而使发光增强,降低长余辉性能。第七章尝试性地进行了乙烯基聚硅氮烷热分解,通过分解温度、通入NH3时间的调节使发光增强。最终烧结温度为600℃、通入NH3时间为60min时成功实现了发光增加。第八章对上述七个章节的重点进行了简要的概括总结,指出了论文中存在的问题,并对研究做了展望。
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