【摘 要】
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镧系元素或过渡元素掺杂氧化物光功能材料因其独特的物理化学性能,使其在显示、生物医学以及防伪技术等领域有着广泛的应用。由镧系元素或过渡元素激活的荧光材料,其光谱从可见光可延伸到近红外区域,这为其广阔的荧光应用奠定了基础,借此也衍生了新的功能。然而,镧系元素或过渡元素大多属于宇称禁戒跃迁,这使得缺陷相关的荧光材料的发光效率较低。大多数镧系元素掺杂材料的制备都涉及高温热处理过程,这会导致微晶体再生长、稳
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镧系元素或过渡元素掺杂氧化物光功能材料因其独特的物理化学性能,使其在显示、生物医学以及防伪技术等领域有着广泛的应用。由镧系元素或过渡元素激活的荧光材料,其光谱从可见光可延伸到近红外区域,这为其广阔的荧光应用奠定了基础,借此也衍生了新的功能。然而,镧系元素或过渡元素大多属于宇称禁戒跃迁,这使得缺陷相关的荧光材料的发光效率较低。大多数镧系元素掺杂材料的制备都涉及高温热处理过程,这会导致微晶体再生长、稳定晶体结构和荧光增强等效应。但通过常规的热处理方法对荧光色纯度的影响尚没有统一的定论。另一方面,针对荧光印花防伪应用,调控纳米荧光粉的颜色输出、荧光强度和长寿命也是必须的。然而,如何提高发光效率和调控荧光输出色彩以及制备多模发光性能的余辉材料仍然面临着巨大的挑战。论文以提高纯绿色NaY(MoO4)2:Yb3+/Er3+荧光材料的发光效率和制备Zn3Ga2GeO8:Mn多模余辉材料为目的,采用水热法和固态反应法分别制备了稀土离子掺杂的钼酸盐微八面体和Zn3Ga2GeO8:Mn多模荧光材料。研究了实验参数包括退火温度以及发光中心浓度对荧光的影响。利用Li+离子选择性地取代四面体Zn位或八面体Ga位制备出多模式发光的余辉材料,从而实现了多色发光。最后将这些具有优异荧光性能的发光材料应用于防伪中,实现了肉眼可见的多模式防伪图案。这不仅为制备高亮度、高热稳定性的上转换材料提供了一种有效的方法,也可作为多种防伪材料的发光标签,从而揭示了在多色显示、防伪等方面的巨大应用潜力。本论文主要研究内容如下:(1)简要综述了余辉材料和稀土发光材料的研究背景、发光特点、组成部分以及发光机制;归纳了这些发光材料的制备方法和表征方法;并重点介绍了目前所取得成就以及存在的问题;最后提出了论文的设计思路和研究内容。(2)采用水热法成功地合成了晶粒均匀的八面体NaY(MoO4)2:Yb3+/Er3+微晶体。通过对产物在500-1100℃退火后,其相、组织、形貌和成分均保持不变,表明其具有较高的热稳定性。使用激光共聚焦摄谱系统,对样品的晶相结构进行表征,分析其荧光性能及荧光照片。NaY(MoO4)2:Yb3+/Er3+微晶体在红外980 nm或紫外378 nm照射下表现出较强的绿色发光。当样品在700℃左右退火时,其发光性能提高了37倍。并且发现掺杂浓度和热处理温度对其影响较小,同时功率和波长等激发条件对其荧光特性影响也较小,特别适合作为绿色安全信号灯和涂料上的发光安全油墨。表明掺杂镧系的NaY(MoO4)2微晶体在安全、高标准防伪方面具有巨大潜力。(3)分别采用水热法和固相反应法成功制备了Mn激活的Zn3Ga2GeO8荧光粉,通过Li+取代Zn2+或Ga3+位点、退火以及改变制备方法进行有效调控,结果显示,通过水热法合成以及Li+代替Zn2+或Ga3+位点的Zn3Ga2GeO8荧光粉在668 nm处显示出增强的红色光致发光,在540 nm处显示出绿色余辉以及绿色光激励发光。通过固相反应法合成的Zn3Ga2GeO8荧光粉表现出增强的纯红色宽波段发光。特别是,通过水热法合成的由Li+取代的Zn2+或Ga3+位点的Zn3Ga2GeO8荧光粉具有优异的荧光性能,从而证明了这些荧光粉在多色显示、伪造和其他潜在应用方面的巨大潜力。
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