電荷遷移激發(fā)下Eu3+摻雜發(fā)光材料的納米效應(yīng)機(jī)制研究.pdf

1、在稀土發(fā)光材料中，Eu3+摻雜發(fā)光材料的應(yīng)用最為廣泛，這源于Eu3+離子優(yōu)越的光學(xué)性能和獨(dú)特的光譜學(xué)性能。對于Eu3+摻雜發(fā)光材料的輻射發(fā)光，最重要的能量輸入方式為電荷遷移（CT）激發(fā)。隨著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，納米稀土發(fā)光材料的優(yōu)越性逐漸凸顯，表現(xiàn)出了一系列獨(dú)特的性質(zhì)。這些獨(dú)特的性質(zhì)拓寬了稀土發(fā)光材料的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也帶來了嚴(yán)重的問題。在本文中，以Y2O3:Eu3+和La2O3:Eu3+納米發(fā)光材料作為范例，研究CT激發(fā)下Eu3+摻雜

2、納米發(fā)光材料發(fā)光中心的猝滅機(jī)理；基于所揭示的猝滅機(jī)理，實(shí)現(xiàn) La2O3:Eu3+納米材料發(fā)光效率的改善；研究Eu3+摻雜納米發(fā)光材料CT激發(fā)光譜的紅移機(jī)理，指出CT激發(fā)光譜的紅移與發(fā)光中心的猝滅之間內(nèi)在的聯(lián)系；此外，對材料的制備工藝進(jìn)行探討。
　　Eu3+摻雜發(fā)光材料在納米量級內(nèi)的尺寸下降導(dǎo)致了其發(fā)光中心所處晶格環(huán)境的剛性下降，進(jìn)而導(dǎo)致了發(fā)光中心電荷遷移態(tài)（CTS）坐標(biāo)偏差的增加。同時(shí)，Eu3+摻雜納米發(fā)光材料的相對體積形變導(dǎo)致了

3、發(fā)光中心零聲子電荷遷移能的下降。在發(fā)光中心的位形坐標(biāo)模型中，零聲子電荷遷移能的下降以及CTS坐標(biāo)偏差的增加意味著電荷遷移態(tài)CTS在位形坐標(biāo)圖（CCD）中的移動，而CTS的移動致使發(fā)光中心的激發(fā)趨于以轉(zhuǎn)化為振動能量的方式弛豫。依據(jù)Jodd-Ofelt理論和光譜實(shí)驗(yàn)，定量地證實(shí)了Eu3+摻雜發(fā)光材料發(fā)光中心CTS向Eu3+離子 D5態(tài)躍遷幾率以及Eu3+離子輻射效率隨材料納米尺寸的下降，進(jìn)而揭示了Eu3+摻雜納米發(fā)光材料發(fā)光中心的猝滅機(jī)制，

4、進(jìn)一步明確了發(fā)光效率的下降原因。
　　鑒于La2O3:Eu3+納米發(fā)光材料發(fā)光中心環(huán)境剛性的下降以及表面猝滅中心的存在，采用合適的表面包覆方法以提高材料內(nèi)發(fā)光中心的環(huán)境剛性并降低表面猝滅中心的數(shù)量，進(jìn)而提高材料的發(fā)光效率。對 La2O3:Eu3+納米樣品進(jìn)行合適厚度的SiO2表面包覆，利用TEM、XRD、FT-IR等手段對包覆及退火處理前后的La2O3:Eu3+樣品進(jìn)行表征。設(shè)計(jì)符合可比原則的光譜實(shí)驗(yàn)以檢測表面包覆以及退火過程對

5、La2O3:Eu3+納米材料發(fā)光效率的影響，證實(shí)提高發(fā)光中心環(huán)境剛性以及消除表面猝滅中心對提高材料發(fā)光效率的重要作用。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，定量地證實(shí)了La2O3:Eu3+納米材料發(fā)光中心CTS向Eu3+離子 D5態(tài)的躍遷幾率以及 Eu3+離子輻射效率在表面包覆及退火過程后的改善，驗(yàn)證了提高材料發(fā)光效率的微觀機(jī)制。
　　作為一種重要類型的表面效應(yīng)，Eu3+摻雜納米發(fā)光材料發(fā)光效率的下降應(yīng)能夠以一特定的參數(shù)來衡量。在本研究中，提出等效

6、猝滅層厚度概念，以此參數(shù)定量衡量發(fā)光效率表面效應(yīng)的強(qiáng)弱。借助光譜實(shí)驗(yàn)，給出等效猝滅層厚度的測算方法，并具體求得了 La2O3:Eu3+材料的等效猝滅層厚度值，進(jìn)而斷定該材料有效發(fā)光的尺寸極限值。指出表面包覆降低了發(fā)光材料的等效猝滅層厚度，具體求得了SiO2的表面包覆以及退火處理后La2O3:Eu3+發(fā)光材料的等效猝滅層厚度。
　　依據(jù)晶體材料的禁帶寬度及特定能級隨著材料相對體積形變而線性變化的基本規(guī)律，得出了Y2O3:Eu3+材料

7、的零聲子電荷遷移能隨著材料納米尺寸的下降而降低的結(jié)論。Y2O3:Eu3+納米材料發(fā)光中心環(huán)境剛性的下降導(dǎo)致電荷遷移態(tài)（CTS）坐標(biāo)偏差的增加，致使在CT激發(fā)過程中發(fā)光中心被激發(fā)至更高的振動能級。隨著Y2O3:Eu3+材料納米尺寸的下降，發(fā)光中心所獲得振動能量的增加幅度小于零聲子電荷遷移能的下降幅度，電荷遷移能由此下降，CT激發(fā)光譜發(fā)生紅移。
　　揭示了CT激發(fā)下Eu3+摻雜納米材料發(fā)光效率的下降與其CT激發(fā)光譜的紅移之間密切的內(nèi)在