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本文我们选取Pr3+掺杂CaTiO3为研究对象,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备非化学计量比的CaTiO3:Pr3+粉体,研究Ca的的缺失或过量对其发光性能的影响。也利用Sol-Gel在Si基底上制备了以柠檬酸为配位剂的CaTiO3:Pr3+薄膜,并研究了其发光性能。
首先研究了Ca缺失引起的电荷补偿对CaTiO3:Pr3+粉末发光性能的影响。我们首先制备了Ca1-x-yPrTiO3(x=0.25 mol%,y=0,0.5x,x,1.5x和2x)发光粉末。结果发现最佳发光在y=1.5x,其613nm处的发光强度为y=0时发光强度的2倍,而不是传统电荷平衡所认为的y=0.5x处。我们认为由于Pr3+离子浓度极低,并不能100%的被Ca空位所补偿,因此需要缺失更多的Ca来达到电荷的平衡。我们从所有样品余辉性质的研究出发,发现低y值的样品均出现了余辉增强现象,这说明由于没有足够的Ca空位来补偿[PrCa]o缺陷,使得[PrCa]o缺陷在样品中形成了较多的陷阱中心,从而增强了粉末的余辉性。随后在对x=0.15和0.25m01%的粉末样品的研究中,同样发现了类似的情况。其最佳发光强度分别在y=3x和x,发光强度均远高于本组样品y=0时的发光强度。说明随着Pr3+离子浓度的增大,它被Ca空位所补偿的几率也在增大,因此Ca空位的补偿量y也相应随之减少。这与我们的观点是一致的。由此我们得出传统的Ca1-3x/2PrTiO3电荷补偿法对于其发光性能来说并不是最佳补偿方法。
其次,我们制备了Ca过量的Ca1-x+yPrTiO3(x=0.25%,,y=0,0.5x,x,1.5x和2x)发光粉末,研究Ca过量对发光性能的影响。实验发现,XRD衍射图在高y值时同样出现TiO2衍射峰,且发射和激发光谱B峰带以及低y值时的余辉增强都与Ca缺失时的情况极其类似。发光性能的最佳点出现在y=x时,为y=0时的1.5倍。发光增强的机理还有待我们进一步的研究。
另外我们使用Sol-Gel法以柠檬酸作为配位剂在Si衬底上制备了CaTiO3:Pr3+发光薄膜。通过对CaTiO3:Pr3+薄膜微观结构和发光性能的分析发现,退火温度在1000℃以下,加入和未加入柠檬酸为配位剂的CaTiO3:Pr3+薄膜的颗粒大小和表面粗糙度均随退火温度的升高而增大,相同退火温度下,加入柠檬酸为配位剂所制备的CaTiO3:Pr3+薄膜的表面粗糙度和平均颗粒大小均高于未加入柠檬酸的薄膜,这是由于柠檬酸的三羧基结构使得薄膜表面较为疏松,容易出现较粗糙的结构,这种结构有效的降低了薄膜的发光耗散,减少了内部反射,从而有效的提高了薄膜的发光强度。