掺杂的纳米荧光材料合成方法及激光诱导前后发光性质的研究

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稀土元素就是化学元素周期表中镧系15种元素加上第Ⅲ副族元素钇(Y)和钪(Sc)共17种元素。它们因为具有与众不同的4f能级结构,因而在受到紫外光激发时表现出优良的光学性能。而且稀土元素离子往往可以作为一种有效的发光中心或者激活中心,因而在无机发光材料和有机发光材料中都具有广泛的应用。以稀土元素为材料制备的稀土荧光粉因为在阴极射线管、三基色节能灯、各种平板显示以及高清显示器等多种应用具有广阔的市场前景。但是,以前的稀土荧光粉成分中大多含有硫氧化物,由于这些硫氧化物具有较低的热稳定性,同时分解后对环境影响较大,因而传统的稀土荧光粉使用受限,而无硫型氧化物稀土荧光粉热稳定性更佳,在使用过程中不会产生害气体、同时它的发光性能更优异,因而无硫型氧化物稀土荧光粉材料得到了广泛的研究,提高无硫型氧化物稀土荧光粉性能具有重大的意义。本论文主要讨论了通过不同的合成方法和不同的燃烧剂合成制备纳米荧光粉末Y2O3:Eu3+和Gd2O3:Eu3+.对比研究了这两种纳米荧光材料的合成机理,以及研究了影响产物表面形貌的因素、不同退火温度的影响,激光诱导前后的发光性能的不同。为以后的科研工作者提供可行性技术支持和理论依据。本论文主要分析的问题和讨论得出的结果如下:1.用低温燃烧法(LTC)和溶胶-凝胶法(SG)分别制备了纳米荧光材料Y2O3:Eu3+粉体。研究制备方法和退火温度对其光学特性的影响。XRD和TEM测试结果表明,所得Y2O3:Eu3+粉末为正方体结构。随着退火温度升高,颗粒尺寸增大。电荷迁移带(CTB)蓝移,表明光谱强度增高。PL光谱分析发现,在594nm和612nm有强峰值,由于磁偶极电荷发生5D0→7F1跃迁和电偶极电荷发生5D0→7F2跃迁所致,退火温度对于两者间电荷跃迁率有较大影响。FTIR红外光谱分析表明,低发射强度减弱了光谱强度,光学性能衰退,光谱强度随着激光诱导时间的增加有很大的变化,诱导前后光谱强度明显不同。2.研究了激光诱导对掺杂Eu3+纳米荧光材料Nano-Y2O3和Nano-Gd2O3的晶格结构、形貌、光致发光等特性的影响。FE-SEM和TEM的测试结果表明材料形貌随退火温度发生变化。发射光谱和激发光谱研究表明激光诱导对光谱峰值、发射峰位置与激光辐射时间无关,其强度因辐照发生极大的变化。研究了激光诱导对电荷迁移带的影响,结果表明,电荷迁移带的变化归因于激光辐照导致表面缺陷和能量转移通道的增加,电偶极电荷发生5D0–7F2跃迁,同时发现退火温度的改变影响电荷迁移带强度。3.研究了不同燃烧剂对掺杂Eu3+纳米荧光材料Nano-Y2O3性能的影响。选择了尿素、草酸、柠檬酸和甘氨酸(分别标记为YOE-U、YOE-O、YOE-C和YOE-G)作为燃烧剂,通过低温燃烧法合成Y2O3:Eu3+样品,并研究了在不同退火温度下激光辐射其激发光谱和发射光谱的性质变化。结果发现,Y2O3:Eu3+光谱的峰发生极大的蓝移,较高退火温度并不一定是最佳选择,需要通过不同燃烧剂确定。激光辐照增加退火温度800°C时样品的PL强度,部分增加600°C时样品的PL强度。YOE-U样品比用其它燃烧剂合成的样品具有更高发光强度。所有样品中,800°C激光照射YOE-U样品PL强度达最高。SEM测试说明,材料表面光滑的样品降低了其表面效应,这将更有利于电荷迁移。随着表面缺陷减少,PL强度增加,其光致发光性能不受内部是否有孔影响,决定于材料的厚薄和表面是否光滑,以及表面孔的大小。4.分别选择尿素、草酸、柠檬酸和甘氨酸(分别标记为GOE-U、GOE-O、GOE-C和GOE-G)作为燃烧剂,通过低温燃烧法(LTC)合成Gd2O3:Eu3+。性能测试和表征发现,制备的Nano-Gd2O3光谱发生蓝移,随温度和激光诱导参数变化,性能发生变化。烧结温度600度时,激光辐射对激发光谱没有实质影响。温度增加至800度经过激光诱导,尿素作为燃烧剂的样品激发光谱峰強略增强,其它材料制得样品峰強显著下降。对于发射光谱,激光辐照对它们的性能略有减弱作用。
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