【摘 要】
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众所周知,Bi3+离子具有特殊的电子结构[Xe]4f145d106s~2,其中Bi3+离子裸露的6s电子对晶体环境极为敏感。由于~3P1轨道与~1P1轨道之间存在重叠,使得跃迁选择定则放宽,因此Bi3+离子在室温下的发光通常归因于~3P1→~1S0跃迁,而不是被强烈禁止的~3P0→~1S0和~3P2→~1S0跃迁。当温度足够低时,由于激发能级~3P1和~3P0之间存在弛豫过程,则可以发生~3P0→
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众所周知,Bi3+离子具有特殊的电子结构[Xe]4f145d106s~2,其中Bi3+离子裸露的6s电子对晶体环境极为敏感。由于~3P1轨道与~1P1轨道之间存在重叠,使得跃迁选择定则放宽,因此Bi3+离子在室温下的发光通常归因于~3P1→~1S0跃迁,而不是被强烈禁止的~3P0→~1S0和~3P2→~1S0跃迁。当温度足够低时,由于激发能级~3P1和~3P0之间存在弛豫过程,则可以发生~3P0→~1S0的跃迁。而~1P1→~1S0跃迁需要吸收很强的紫外光,本文则对其不进行考虑。通常同一基质的不同掺杂格位会使得Bi3+离子的发光格位存在很大差异。与稀土离子相比,Bi3+离子在紫外光区域具有很广的吸收范围,并且在可见光区域不存在吸收。这样就避免了稀土离子在可见光区域的发射再吸收问题。因此,近几年,依靠其发光可调的特点,Bi3+离子掺杂的材料被普遍应用于防伪,信息加密以及多彩照明等方面。本论文主要探究了基质结构对Bi3+离子发光特性的影响,并将Bi3+离子与稀土离子/主族离子的共掺杂化合物应用到温度传感,防伪,及植物生长灯领域。主要内容包括以下几个方面:（1）采用高温固相法合成了一种新型Gd2ZnTiO6（GZTO）:Bi3+,Mn4+光学温度计。由于Bi3+和Mn4+离子之间存在能量传递过程,在375 nm激发下,GZTO:Bi3+,Mn4+会同时出现Mn4+离子的高强度红光发射和Bi3+离子的高强度蓝光发射。此外根据Mn4+离子和Bi3+离子热敏性的不同,光学温度计能显示出良好的光热灵敏度(Sr=2.4%K-1,Sa=16.8%K-1),且具有较宽的温度测量范围（313–473 K）。另外,两种离子的发光波段与光合色素的吸收波段匹配良好,说明GZTO:Bi3+,Mn4+荧光粉也有很好的植物生长灯应用前景。（2）本文采用高温固相反应法成功地合成了一系列变掺杂浓度的K3Lu1-xSi2O7:x Tb3+/y Bi3+荧光粉。并对其结构和发光性能进行了详细研究,最后将其应用于防伪。由于在K3Lu Si2O7（KLSO）中存在多种配位环境,Bi3+离子具有不同的发光中心。通过对掺杂浓度和激发波长的调节,我们实现了KLSO:Bi3+的多彩发光。在280 nm至375 nm的激发下,KLSO:Bi3+荧光粉具有白色、蓝色以及绿色的可调发光颜色范围。此外,我们首次在KLSO基质中实现了Tb3+离子的高浓度掺杂。并且由于KLSO:Tb3+中存在两个合适的陷阱能级,当KLSO:Tb3+荧光粉离开275 nm的激发时,Tb3+离子可以显示出绿色余辉发光。通过进一步探究发现,随着温度的提高,深陷阱内的载流子不断得到释放,最后使得样品在275 nm激发下的绿色发光呈出现反热猝灭特性。基于这些特性,我们用上述样品与聚丙烯酸混合而成的凝胶在屏幕上画出了不同的编码图案用以对信息进行加密来实现防伪应用。图像在不同的光刺激下呈现出不同的颜色模式。结果表明,KLSO:Tb3+/Bi3+材料在防伪、信息加密等方面具有潜在的应用前景。
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