基于f--d躍遷的三種含氧酸鹽稀土熒光材料的制備和性質(zhì)研究.pdf

1、在熒光材料的研究中，已經(jīng)產(chǎn)生了非常多關(guān)于含氧酸鹽稀土熒光材料的研究和相關(guān)的應(yīng)用。比如，用于激光器中的Y3Al5O12(YAG)Nd激光晶體，用于白光LED的YAG Ce3+熒光粉，用于熒光溫度探測(cè)的LiAl5O8Cr3+，用于安全標(biāo)識(shí)的長余輝材料SrAl2O4Eu2+，Dy3+等。本文針對(duì)一些含氧酸鹽稀土熒光材料在應(yīng)用中產(chǎn)生的問題進(jìn)行了研究，并且這些材料在應(yīng)用時(shí)的激發(fā)或發(fā)射過程中，摻雜離子的電子主要發(fā)生了4f(→)5d的躍遷。
　

2、　第一章為緒論部分。首先，我們介紹了本文內(nèi)容的研究背景。然后，我們舉例說明了熒光的基本原理和常用的表征方法。在發(fā)光材料的常用表征方法中，我們又詳細(xì)闡述了熱釋光實(shí)驗(yàn)和分析方法。接著，介紹了稀土元素和稀土離子的發(fā)光。最后，我們簡要描述了本文的幾個(gè)工作。
　　YAG中Pr3+與Ce3+之間的能量傳遞在量子信息存儲(chǔ)-讀取和白光LED領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用價(jià)值。因此在第二章的工作中，我們?cè)敿?xì)研究了YAG.Pr3+，Ce3+中Pr3+與Ce3+之

3、間兩種能量傳遞的速率和臨界距離。通過共沉淀方法，我們成功合成了一系列不同濃度的YAG Pr3+/Ce3+樣品。通過測(cè)量和分析YAG單摻Pr3+、單摻Ce3+、兩種單摻樣品的混合、以及共摻Pr3+和Ce3+樣品的激發(fā)譜和發(fā)射譜，我們推論出了在某些情況下，Pr3+5d能級(jí)可以將能量傳遞給Ce3+5d能級(jí)，而Ce3+5d能級(jí)的能量也可以傳遞給Pr3+1D2能級(jí)，并且Pr3+與Ce3+的光子再吸收過程很弱，可以忽略不計(jì)。我們將Dexter能量傳

4、遞理論和發(fā)光動(dòng)力學(xué)相結(jié)合，推導(dǎo)出了一個(gè)新方法，并使用這個(gè)方法去計(jì)算YAG摻雜不同濃度Pr3+、Ce3+樣品的發(fā)射譜，得到了這兩種能量傳遞的臨界距離:Pr3+5d至Ce3+5d能量傳遞的臨界距離為7.95(A)，而Ce3+5d至Pr3+1D2能量傳遞的臨界距離為4.00(A)。通過計(jì)算也得出了相應(yīng)不同濃度樣品兩種能量傳遞的速率。這種計(jì)算能量傳遞速率和臨界距離的方法也可以推廣應(yīng)用于其他非輻射能量傳遞過程的分析。比如，激光晶體YAG Ce3+

5、，Nd3+中Ce3+到Nd3+的能量傳遞，Yb3+和Er3+共摻上轉(zhuǎn)換過程中Yb3+至Er3+的能量傳遞，以及紅色熒光粉應(yīng)用中Gd3+到Eu3+的能量傳遞等。
　　除此之外，為了實(shí)現(xiàn)YAG∶Pr3+，Ce3+在量子信息存儲(chǔ)-讀取中的應(yīng)用，即通過Ce3+的發(fā)光去監(jiān)測(cè)Pr3+的初態(tài)，我們得到了Pr3+和Ce3+的最佳距離為560(A)，此時(shí)初態(tài)讀取的效率為7866％?？紤]到Pr3+和Ce3+在YAG中都是取代的Y3+格位，因此，為了達(dá)

6、到最好的量子信息讀取效率，最好的方式就是在Pr3+的次近鄰的一個(gè)Y3+格位替換成Ce3+。而在白光LED的應(yīng)用中，為了盡可能的提高所缺少的紅光成分，在Ce3+摻雜濃度不變和Pr3+沒有發(fā)生濃度猝滅的情況下，應(yīng)盡可能的提高Pr3+的摻雜濃度。
　　在第三章的工作中，我們使用固相法合成SrB4O7∶Sm2+熒光粉。在嘗試了大量低形成溫度玻璃后，選擇使用TeO2-ZnO玻璃去包裹SrB4O7∶Sm2+粉末制成phosphor-in-gl

7、ass(PiG)樣品，這對(duì)功能粉末起到了保護(hù)作用。因?yàn)椴Ａе邪墓δ芊勰┲徽?％質(zhì)量分?jǐn)?shù)，因此PiG樣品的XRD曲線呈現(xiàn)無定形的玻璃相。室溫中，在355nm光的激發(fā)下，PiG樣品的發(fā)射光譜與SrB4O7∶Sm2+熒光粉一致。隨后，我們測(cè)量并分析了PiG樣品684nm發(fā)射光壽命的變溫特性。結(jié)果顯示，在573K附近，其對(duì)溫度的相對(duì)靈敏度達(dá)到了5％K-1，表明所制得的PiG樣品依然是一種非常有應(yīng)用前景的測(cè)溫材料，并且可用于極端條件下的溫度探

8、測(cè)。
　　在以摻雜Eu2+為基礎(chǔ)的一系列新一代長余輝材料發(fā)明之后，對(duì)其長余輝機(jī)理爭(zhēng)論就一直存在。在第四章中，我們嘗試通過光激勵(lì)發(fā)光、不同激發(fā)溫度下熱釋光的實(shí)驗(yàn)結(jié)果去分析SrAl2O4∶Eu2+/Dy3+單摻和共摻樣品的長余輝機(jī)理。我們發(fā)現(xiàn)475nm的光能夠持續(xù)激發(fā)SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+共摻樣品的長余輝發(fā)光，這說明了Dy3+的激發(fā)能可以通過某種方式最終傳遞給Eu2+。在980nm光的激發(fā)下，SrAl2O4∶Eu2+/Dy

9、3+單摻和共摻樣品都能夠產(chǎn)生光激勵(lì)發(fā)光，這說明氧空位導(dǎo)致的電子陷阱在長余輝發(fā)光中起到了重要的作用。通過使用初始上升沿方法擬合不同溫度激發(fā)下樣品的熱釋光曲線，我們計(jì)算出了SrAl2O4∶Eu2+和SrAl2O4Eu2+，Dy3+兩種樣品的電子陷阱深度分布。結(jié)果表明，在SrAl2O4∶Eu2+中加入Dy3+會(huì)引入了一個(gè)深度小于0.65eV的陷阱，這與其他研究中Dy3+陷阱比氧空位深的說法不同。我們推論出了符合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的余輝機(jī)理，類似的余輝機(jī)

10、理可以推廣到其它基于Eu2+摻雜的長余輝材料中。
　　在第四章的工作中，我們偶然發(fā)現(xiàn)在大于室溫的溫度下激發(fā)SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+并將其在室溫中冷卻一段時(shí)間后，其熱釋光峰的位置依然與激發(fā)溫度有關(guān)。這就為我們提供了一個(gè)全新的思路:一些材料的熱釋光曲線是否具有記憶激發(fā)溫度的特性？在第五章中，我們?cè)敿?xì)研究了這個(gè)問題。結(jié)果表明，在333K下激發(fā)SrAl2O4∶Eu2+，Dy3+熒光粉并將其在室溫下冷卻一天后，其熱釋光峰依然與不冷