組合法篩選紅色真空紫外熒光材料與GdP3O9-Dy3+光譜性質(zhì)研究.pdf

1、隨著等離子體平板電視(PDP)以及無汞熒光燈的發(fā)展，需要新型真空紫外熒光材料。目前所使用的真空紫外熒光材料大多數(shù)是從紫外熒光材料和陰極射線熒光材料借鑒而來，普遍存在能量效率低、發(fā)光效率較低或色純度差等問題，因此，開發(fā)新型真空紫外熒光材料非常必要。組合方法通過并行合成與表征大量樣品，能極大地加速新材料的發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化過程，是一種高效的材料研究方法。尤其在熒光材料的組合篩選中，光學(xué)特性表征具有天然的并行性，更可以將組合方法的優(yōu)越性充分發(fā)揮。

2、r>　　 本論文分為三個(gè)章節(jié)，主要圍繞真空紫外熒光材料研究來展開。其中第一章為文獻(xiàn)綜述；第二章講述通過組合方法尋找新型PDP用紅光真空紫外熒光材料；第三章詳細(xì)研究了一種稀土摻雜氧化物體系Gd0.99P3O9：DY3+0.01的光譜與結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并探討了其中可能存在的量子剪裁現(xiàn)象。
　　 第一章的文獻(xiàn)綜述主要介紹了兩部分內(nèi)容：第一部分講述了組合方法的原理、內(nèi)容、發(fā)展歷史以及在材料學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用；第二部分介紹真空紫外熒光材料的發(fā)展歷

3、史、研究現(xiàn)狀以及目前實(shí)際應(yīng)用的熒光材料的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)還對(duì)真空紫外熒光材料的理論研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。
　　 第二章主要通過組合方法來研究PDP用紅色真空紫外熒光材料，包括以下幾方面的內(nèi)容：首先，為了制備組合材料樣品庫(kù)，本課題組自行研制了一臺(tái)“組合溶液噴射合成儀”用于粉末樣品庫(kù)的合成；其次，為了能夠高通量地表征樣品庫(kù)的真空紫外熒光性質(zhì)，設(shè)計(jì)制作了一套“高通量VUV熒光表征系統(tǒng)”；最后，通過使用這兩套儀器，對(duì)PDP用紅色真空紫外熒光材

4、料進(jìn)行了組合篩選工作，在稀土/堿土金屬?gòu)?fù)合硼磷酸鹽體系的組合表征中，發(fā)現(xiàn)了以GdSrB0.8P1.2O5.5～7.7：Eu3+0.1為代表的幾種性質(zhì)優(yōu)良的紅色真空紫外熒光線索材料。
　　 該工作把組合方法引入真空紫外熒光材料的篩選中并成功發(fā)現(xiàn)了新的真空紫外熒光線索材料。其結(jié)果不僅驗(yàn)證了組合方法在新型真空紫外熒光材料研發(fā)過程中的可行性，還檢驗(yàn)了本課題組自主研發(fā)的“組合溶液噴射合成儀”與“高通量VUV熒光表征系統(tǒng)”的實(shí)用性?！敖M合溶

5、液噴射合成儀”是一種通用的粉末樣品庫(kù)合成設(shè)備，適用范圍非常廣泛，它不僅可以噴射可溶性前驅(qū)體，還可以用于噴射難溶物前驅(qū)體的懸浮液?！案咄縑UV熒光表征系統(tǒng)”，其應(yīng)用領(lǐng)域也不局限于真空紫外熒光材料的高通量表征，還可改造后用于陰極射線熒光材料等其它熒光材料體系的組合篩選。另外，通過加裝光纖光譜儀還有可能獲得單個(gè)樣品的精細(xì)光譜性質(zhì)。
　　 第三章主要研究了Gd0.99P3O9：Dy3+001體系的結(jié)構(gòu)和光譜性質(zhì)。并探討了該體系中存在的

6、反常發(fā)射過程。研究之初，借助了Dorenbos的經(jīng)驗(yàn)公式與Dike能級(jí)圖來挑選基質(zhì)材料與摻雜稀土離子，并選定了Dy3+摻雜的偏磷酸鹽體系作為研究對(duì)象。通過對(duì)Gd0.99P3O9：Dy3+0.01體系的結(jié)構(gòu)以及光譜研究，驗(yàn)證了我們對(duì)該體系的理論估計(jì)。從光譜研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)從紫外變成真空紫外后，Dy3+的4F9/2→6H15，2，6H13/2發(fā)射峰比值出現(xiàn)突變，伴隨突變出現(xiàn)的還有一個(gè)從290nm到490nm的弱寬峰發(fā)射，這個(gè)現(xiàn)象我們稱

7、之為反常發(fā)射現(xiàn)象。為了解釋該現(xiàn)象，我們研究了Gd0.99P3O9：Dy3+0.01體系的吸收光譜以及Dy3+所處配位場(chǎng)，并據(jù)此將Dy3+的局域能級(jí)與體系的能帶結(jié)構(gòu)綜合考慮，最終提出如下的瞬態(tài)激子模型來解釋反常發(fā)射現(xiàn)象：
　　 當(dāng)電子從Dy3+的4f基態(tài)被真空紫外光子激發(fā)到Dy3+的5d態(tài)或者導(dǎo)帶中更高能級(jí)后，被位于導(dǎo)帶底部的Dy3+的5d態(tài)所俘獲。此時(shí)Dy3+的5d態(tài)相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)帶電子的淺陷阱，位于該陷阱中的電子會(huì)吸引價(jià)帶頂附近

8、的一個(gè)空穴與之形成亞穩(wěn)態(tài)的激子。而價(jià)帶中剩余的一個(gè)電子在靜電排斥作用下，占據(jù)Dy3+的4f高能級(jí)并最終弛豫到4F9/2能級(jí)，并向下躍遷發(fā)射出可見光子。由于附近存在一個(gè)激子并且該激子壽命長(zhǎng)于Dy3+的4F9/2能級(jí)向基態(tài)躍遷的壽命，因此在4F9/2能級(jí)向基態(tài)躍遷的過程中，其晶場(chǎng)受到附近激子的干擾，與正常激發(fā)過程所處的晶場(chǎng)環(huán)境不同，最終導(dǎo)致躍遷中超敏感發(fā)射線的強(qiáng)度比出現(xiàn)大幅變化，這就是前面所觀察到的反常發(fā)射現(xiàn)象。另外，該激子最終復(fù)合后發(fā)出第

9、二個(gè)光子，即為實(shí)驗(yàn)中觀察到的290nm到490nm的寬帶發(fā)射。
　　 上述模型中孕含著一種新的量子剪裁過程，雖然該過程效率不高，但有希望通過進(jìn)一步優(yōu)化來提高其效率。
　　 通過對(duì)Gd0.99P3O9：Dy3+001體系的研究還發(fā)現(xiàn)，隨著光子能量的提高，真空紫外熒光材料的發(fā)光性質(zhì)不再是摻雜離子的獨(dú)立性質(zhì)，還與其在基質(zhì)能帶中的位置密切相關(guān)。因此，對(duì)于真空紫外熒光材料的發(fā)光特性研究需要借鑒傳統(tǒng)的配位場(chǎng)理論與半導(dǎo)體發(fā)光理論，才能