銪、鋱離子摻雜的核-殼結(jié)構(gòu)發(fā)光材料的制備及發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土材料具有獨特的光、聲、電、磁學(xué)性質(zhì)，將其納米化后性能更加優(yōu)越。隨著納米材料逐漸向納米復(fù)合材料的發(fā)展，使稀土納米材料的復(fù)合成為目前材料科學(xué)研究的熱點。通過復(fù)合，可以按照人們自己的意愿控制合成一些新的具有特定形貌和大小的納米結(jié)構(gòu)材料和功能材料。 本論文針對稀土發(fā)光材料，通過表面包覆的方法合成核-殼結(jié)構(gòu)的稀土納米復(fù)合發(fā)光材料，解決了直接合成球形稀土納米發(fā)光材料的難題。同時采用成本低，容易制備的無機SiO<,2>球作為核芯材料，既節(jié)

2、省了稀土元素用量，又降低了成本，對節(jié)省我國寶貴的稀土資源具有重要意義。 本論文利用Pechini溶膠-凝膠法合成了一系列具有核-殼結(jié)構(gòu)和優(yōu)良發(fā)光性能的稀土離子(Eu<'3+>，Tb<'3+>)摻雜的發(fā)光材料，即(1)氧化物體系： SiO<,>2@Gd<,2>O<,3>：Eu<'3+>；(2)鈦酸鹽體系：SiO<,2>@Gd<,2>Ti<,2>O<,7>：Eu<'3+>；(3)釩酸鹽體系：SiO<,2>@GdVO<,4>：Eu<'

3、3+>；(4)鉬酸鹽體系：SiO<,2>@Gd<,2>MoO<,6>：Eu<'3+>和SiO<,2>@CaMoO<,4>：Tb<'3+>。溶膠-凝膠法與其他常規(guī)的方法相比有著很大的優(yōu)勢，如工藝簡單，易于操作，不需要復(fù)雜的設(shè)備，利用廉價的無毒的無機鹽作為前驅(qū)體，大大降低了反應(yīng)溫度，很容易得到非團聚的均相的單分散的產(chǎn)物。本論文研究了稀土離子Eu<'3+>，Tb<'3+>在這些發(fā)光材料中的光致發(fā)光(PL)、陰極射線發(fā)光(CL)以及能量傳遞性質(zhì)

4、。 本論文主要圍繞稀土核殼發(fā)光材料展開，較系統(tǒng)的研究了核-殼結(jié)構(gòu)發(fā)光材料的制備工藝和及其發(fā)光性能。同時我們還通過控制溶液濃度、包覆的時間、燒結(jié)溫度、發(fā)光層厚度、共摻離子等條件，摸索出最佳的包覆條件，從而得到透明性、色純度、發(fā)光強度等性能優(yōu)良的核-殼結(jié)構(gòu)發(fā)光材料。制備的殼層致密均勻，光滑、無開裂，厚度可以控制在50-70 nm。由此可見溶膠-凝膠法是一種非常理想的制備核殼發(fā)光材料的方法。在所制備的這些發(fā)光材料的激發(fā)光譜中，都可以觀

5、察到基質(zhì)吸收帶(在Eu<'3+>在的情況下，還可以看到Eu<'3+>-O<'2->電荷遷移帶)，如Gd<,2>O<,3>的基質(zhì)吸收帶位于215-240 nm，Gd<,2>Ti<,2>O<,7>的位于250-350 nm，GdVO<,4>的位于200-350 nm，Gd<,2>MoO<,6>的位于200-380 nm，CaMoO<,4>的位于200-350 nm。激發(fā)這些基質(zhì)吸收帶，可以觀察到稀土離子的特征躍遷，即Eu<'3+>[<'5>

6、D<,0，1>-<'7>F<,J>(J=0，1，2，3，4)]，Tb<'3+>[<'5>D<,4>-<'7>F<,J>(J=3，4，5，6)]，這說明本論文中所涉及到的幾種基質(zhì)都可以向摻雜的稀土離子發(fā)生能量傳遞。 在所研究的這些發(fā)光材料中，核-殼粒子均保持著單分散的球形形貌，亞微米尺寸，狹窄的大小分布。稀土離子的壽命和PL，CL發(fā)光強度均隨著燒結(jié)溫度的升高及包覆層數(shù)的增加而逐漸增大。在SiO<,2>@Gd<2,>MoO<,6>：

7、Eu<'3+>，SiO<,2>@GdVO<,4>：Eu<'3+>，SiO<,2>@Gd<,2>O<,3>：Eu<'3+>體系中Eu<'3+>位于基質(zhì)中沒有反演對稱中心的格位，以紅光發(fā)射<'5>D<,0>-<'7>F<,2>的電偶極躍遷為主。在SiO<,2>@Gd<,2>Ti<,2>O<,7>：Eu<'3+>體系中燒結(jié)溫度在600-800℃時以<'5>D<,0>-<'7>F<,2>的電偶極躍遷為主，而1000℃時Eu<'3+>位于基質(zhì)中有

8、反演對稱中心的格位，以橙光發(fā)射<'5>D<,0>-<'7>F<,1>的磁偶極躍遷為主。SiO<,2>@Gd<,2>Ti<,2>O<,7>：Eu<'3+>體系是本論文中唯一采用醇鹽水解的溶膠-凝膠法制備的發(fā)光材料。通過研究發(fā)現(xiàn)這種燒綠石構(gòu)型的發(fā)光層1000℃結(jié)晶完全，大大低于傳統(tǒng)固相法的結(jié)晶溫度。所制備的SiO<,2>@GdVO<,4>：Eu<'3+>，SiO<,2>@CaMoO<,4>：Tb<'3+>核-殼粒子發(fā)光材料在低級陰極射線激發(fā)