稀土摻雜磷酸鹽基發(fā)光材料性能及微結構探究.pdf

1、稀土發(fā)光材料現(xiàn)今已被應用于多個領域,如照明和電子信息領域,紫外消毒、醫(yī)療保健、夜光顯示和模擬自然光全光譜光源等特種光源和器材生產(chǎn)領域。對稀土發(fā)光材料的制備、光譜特性以及潛在應用的研究也越來越得到重視。其中,稀土摻雜堿土正磷酸鹽及焦磷酸鹽發(fā)光材料因其顯著的物理化學穩(wěn)定性及較好的發(fā)光性能而受到關注。此外,Eu3+離子做為稀土發(fā)光材料的激活劑離子也得到廣泛的研究。
　　本文選用堿土正磷酸鹽和焦磷酸鹽作為Eu(Eu2+,Eu3+)及Ce3

2、+、Tb3+離子摻雜的基質材料。利用 XRD對樣品的結構進行了表征。通過對激發(fā)和發(fā)射光譜,發(fā)光衰減以及發(fā)光的熱穩(wěn)定性的測試對樣品的發(fā)光性能進行了研究。同時,利用Eu3+作為結構探針并結合位置選擇激發(fā)和發(fā)射光譜對樣品的微結構進行了分析。
　　首先,采用高溫固相法合成制備了Eu2+和 Eu3+摻雜的MgZn2(PO4)2樣品, XRD結果表明樣品均為純相。在紫外及真空紫外波段測定了樣品的激發(fā)光譜,同時測得了樣品的發(fā)射光譜和熒光衰減曲線

3、。結果表明,MgZn2(PO4)2:Eu2+發(fā)射出藍綠色光且有兩個不同的發(fā)光中心(450 nm和550 nm),而 MgZn2(PO4)2:Eu3+發(fā)射出的則是紅橙色光。Eu2+在MgZn2(PO4)2:Eu2+中有兩種晶體學格位,Eu2+同時取代Mg2+和Zn2+。而Eu3+在MgZn2(PO4)2:Eu3+晶格中僅有一種晶體學格位。本文通過位置選擇激發(fā)和發(fā)射光譜以及 Eu3+的5D0→7F0發(fā)光衰減曲線對Eu3+的占位進行了分析和確

4、認。Eu3+占據(jù) MgZn2(PO4)2晶格中 Mg2+位置。在MgZn2(PO4)2晶格中,Eu2+和 Eu3+的占位是不同的。通過對樣品發(fā)光性能的研究以及結合對樣品微結構的剖析,討論了樣品的發(fā)光熱穩(wěn)定性能。
　　然后,采用高溫固相法合成制備了Ce3+, Tb3+單獨摻雜以及共摻雜MgZn2(PO4)2樣品,利用XRD對樣品的結構進行了分析。利用SEM對樣品的微觀形貌進行了表征。同時測定了樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜。在327 nm的激

5、發(fā)光下, Ce3+單摻雜的MgZn2(PO4)2樣品發(fā)射出長波紫外光。Tb3+單獨摻雜MgZn2(PO4)2樣品,Tb3+發(fā)光的能量分布取決于Tb3+濃度。低濃度Tb3+摻雜樣品,其發(fā)光同時來自于Tb3+的5D3能級和5D4能級。而高濃度摻雜樣品,來自于5D3能級的發(fā)光將慢慢淬滅,而來自于5D4能級的發(fā)光則增強,以5D4→7F5為主要發(fā)射。Ce3+,Tb3+共摻雜MgZn2(PO4)2樣品,在紫外激發(fā)下發(fā)射綠色光。本章還對Ce3+與Tb

6、3+間的能量傳遞機制進行了研究。
　　最后,采用高溫固相法合成制備出了Eu3+摻雜的SrZnP2O7樣品,XRD結果表明樣品均為純相。本文研究了樣品的位置選擇激發(fā)和發(fā)射光譜以及 Eu3+的5D0→7F0發(fā)光衰減曲線。此外,對Eu3+在SrZnP2O7晶格中的占位情況也進行了系統(tǒng)地研究。Eu3+在SrZnP2O7晶格中占據(jù)不同的晶體學格位,Eu3+能夠同時取代Sr2+和Zn2+,占據(jù)這兩種不同的晶體學格位的Eu3+間存在著能量轉移,

7、能量是從占據(jù) Sr2+所在位置的Eu3+轉移至占據(jù) Zn2+所在位置的Eu3+。同時,還對樣品中可能出現(xiàn)的缺陷以及電荷補償機制進行了討論。對Eu3+占據(jù) SrZnP2O7晶格將可能出現(xiàn)的電荷補償基質提出了兩種假設:一是,Eu3+占據(jù)Sr2+或Zn2+位置,產(chǎn)生一個 Sr2+或 Zn2+空位,再形成一個偶極子復合物[2(Eu3+Sr)·-V″Sr]或[2(Eu3+Zn)·-V″Zn]。另一種則是產(chǎn)生一個間隙氧,再形成一個偶極子復合物[2(