【摘 要】
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以无机物作为基质的稀土元素掺杂的发光材料是一类重要的无机功能材料,这种功能材料活跃于多种光学应运用领域,尤其是应用在在发光二极管（Light Emitting Diodes）之中。在Light Emitting Diodes（LED）问世之前,白炽灯和荧光灯的应用较为普遍,但是由于LED较二者来说具有诸多不可比拟的优点,目前已经替代了它们成为了新一代的半导体照明光源。荧光粉和二极管相结合通常是LE
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以无机物作为基质的稀土元素掺杂的发光材料是一类重要的无机功能材料,这种功能材料活跃于多种光学应运用领域,尤其是应用在在发光二极管（Light Emitting Diodes）之中。在Light Emitting Diodes（LED）问世之前,白炽灯和荧光灯的应用较为普遍,但是由于LED较二者来说具有诸多不可比拟的优点,目前已经替代了它们成为了新一代的半导体照明光源。荧光粉和二极管相结合通常是LED发光的主要实现方式,因此荧光粉的选择受到了国内外研究学者的广泛关注和研究。硅铝酸盐具有多种结构,并且由于硅氧四面体[SiO4]、铝氧四面体[Al O4]的稳定结构存在,因而表现出良好的物理稳定性与化学稳定性,所以很适宜作为发光材料的基质对其进行研究。此类荧光粉的发光特性与近紫外区（NUV）的吸收带以及镧系稀土元素的各类电子能级跃迁密切相关。本论文研究初衷是欲以一种典型结构的硅铝酸盐CaAl2Si2O8作为研究对象,想要系统的研究稀土离子掺杂后荧光粉在近紫外区激发下的发光性能,同时也对荧光粉的晶体物相结构、微观形貌、掺杂等方面进行了系统的研究,总结了稀土元素在硅铝酸盐发光材料的基质中的存在方式,对于稀土发光材料的发光本质和作用机理具有重要的理论意义。本文采用传统的高温固相法在空气气氛中以不同的烧结温度合成了一系列单元稀土元素掺杂的以钙长石为基质的发光材料。利用一系列分析表征手段详细研究了稀土元素在基质中的存在方式以及它们在紫外区的光致发光特性:1.采用高温固相法成功合成了不同浓度铽离子参与的以钙长石为基质的绿色荧光粉CaAl2Si2O8:Tb3+。在325nm的紫外波长激发下,样品在545nm左右有绿光发射峰。为了探究Tb3+在CaAl2Si2O8基质中的存在方式,我们在传统的低浓度稀土元素掺杂的基础上,对CaAl2Si2O8基质进行了相对较高浓度的Tb3+加入并发现在Tb3+浓度x=0.70时,样品的发光强度和拉曼光谱中870.0cm-1处的主导峰的强度达到峰值。该掺杂浓度下样品的色度坐标值为（0.2692,0.5610）,是一种有着较高色温和显色性的黄绿光。2.在CaAl2Si2O8钙长石基质中,我们以单元稀土离子镝Dy3+的加入达到了样品白光发射的目的。同样为了探究Dy3+在CaAl2Si2O8基质中的存在方式,我们在传统的低浓度稀土元素掺杂的基础上,对CaAl2Si2O8基质进行了相对较高浓度的Dy3+添加并发现在Dy3+浓度x=0.70时,样品的发光强度和拉曼光谱中847.5cm-1处的主导峰的强度达到峰值。该掺杂浓度下样品的色度坐标值为（0.3423,0.4125）,接近于纯白光的色坐标（0.3101,0.3162）,是一种有着较高色温和显色性的白光。3.通过对单基质CaAl2Si2O8进行两种不同浓度的稀土元素的单元混合,我们在两种样品中均发现有新物相生成的现象。Tb元素与基质中的Ca、Si和O元素自发形成了Ca2Tb8（SiO4）6O2,这种新物相属于氧基磷灰石系;Dy元素与基质中的Al和O元素自发形成了另一种新的物相Dy3Al2（Al O4）3,属于石榴石系。我们成功的合成了两种新相的纯相,二者的拉曼光谱具有相似性。之后将二者与不同浓度稀土元素参与的CaAl2Si2O8基质的样品的各项性能进行比较,结果证明不同浓度稀土元素参与的CaAl2Si2O8基质的样品发光本质均是由于新相的存在。
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