TiO-,2-及稀土摻雜TiO-,2-基材料的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、半導(dǎo)體發(fā)光器件在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。隨著GaN等寬帶隙半導(dǎo)體藍(lán)光發(fā)光器件的研制成功，寬帶隙半導(dǎo)體發(fā)光材料越來(lái)越受到重視。氧化鈦(TiO2)是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料，在發(fā)光材料、太陽(yáng)能電池、光催化、自旋電子學(xué)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。本文以TiO2為基質(zhì)，采用電紡絲法制備了TiO2及Eu3+離子摻雜的TiO2納米纖維，用溶膠-凝膠法制備了Eu3+離子摻雜的TiO2-SiO2復(fù)合粉末及薄膜和E3+離子摻雜的TiO2-SiO2復(fù)合薄膜。利用場(chǎng)

2、發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、Raman、傅里葉紅外(FT-IR)、紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-Vis)等現(xiàn)代分析技術(shù)，對(duì)發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，用光致發(fā)光激發(fā)譜(PLE)和光致發(fā)光發(fā)射譜(PL)研究了材料的發(fā)光性質(zhì)與影響因素及發(fā)光機(jī)理。主要工作有以下幾個(gè)方面： 1.用電紡絲法制備了TiO2的納米纖維并研究了退火溫度對(duì)材料的形貌、結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。隨著退火溫度的升高，得到的納米纖維的

3、表面由光滑變得粗糙，纖維的直徑由70nm左右減小到40nm左右，TiO2納米纖維逐漸由銳鈦礦相轉(zhuǎn)變成金紅石相。觀察到400℃下退火樣品的550nm處自俘獲激子的輻射復(fù)合發(fā)光，峰的強(qiáng)度隨著退火溫度的升高而減小，同時(shí)發(fā)現(xiàn)在600℃和800℃下退火的納米纖維在近紅外820nm處的發(fā)光峰是由于Ti3+離子的缺陷態(tài)引起的，峰的強(qiáng)度隨著退火溫度的升高而增強(qiáng)，說(shuō)明不同相結(jié)構(gòu)的TiO2輻射復(fù)合中心不同。 2.用電紡絲法了Eu3+離子摻雜的TiO

4、2納米纖維并研究了納米纖維的發(fā)光性質(zhì)。樣品能產(chǎn)生很強(qiáng)的紅色發(fā)光。Eu3+離子的發(fā)光強(qiáng)度隨著其摻雜濃度的升高是先增大后減弱，Eu3+離子濃度達(dá)到3mol％時(shí)發(fā)光強(qiáng)度最強(qiáng)，而高于3mol％時(shí)發(fā)光的強(qiáng)度減弱，這叫做濃度猝滅效應(yīng)。又研究了退火溫度對(duì)納米纖維發(fā)光的影響，600℃為最佳退火溫度。而對(duì)于TiO2納米纖維自身結(jié)構(gòu)相關(guān)的近紅外820nm處的發(fā)光，摻Eu3+離子的樣品比純的樣品發(fā)光強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)，這是在熒光的激發(fā)和發(fā)射過(guò)程中出現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)移

5、，退火溫度低的時(shí)候，是TiO2基底的能量傳遞給Eu3+離子，增強(qiáng)稀土的發(fā)光。隨著退火溫度的升高，Eu3+離子的躍遷能量背傳遞給TiO2基質(zhì)，導(dǎo)致820nm的發(fā)光峰的強(qiáng)度增強(qiáng)。 3.用溶膠-凝膠法制備了Eu3+離子摻雜的TiO2-SiO2復(fù)合納米粉末并研究了退火溫度和復(fù)合粉末中的TiO2濃度對(duì)樣品光致發(fā)光的影響。報(bào)道了復(fù)合粉末樣品在室溫下的激發(fā)譜和發(fā)射譜。對(duì)于不同溫度退火的樣品，在溫度低于900℃的時(shí)候，發(fā)光強(qiáng)度隨著退火溫度的升高

6、而增強(qiáng)，當(dāng)退火溫度超過(guò)900℃時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度逐漸減弱，當(dāng)退火溫度超過(guò)900℃的時(shí)候，引起了Eu3+離子的移動(dòng)，使Eu3+離子之間的距離縮短，導(dǎo)致更快的離子間能量傳遞，增加了非輻射復(fù)合的能量損耗，最終表現(xiàn)出發(fā)光強(qiáng)度的減弱；對(duì)于不同TiO2濃度的樣品，隨著TiO2濃度的增加，Eu3+離子的發(fā)光顯著增強(qiáng)。當(dāng)TiO2濃度達(dá)到80％時(shí)，Eu3+離子的發(fā)光最強(qiáng)，當(dāng)摩爾濃度大于80％時(shí)，Eu3+離子的濃度減弱，這是由于Eu3+離子溶解度是有限的，所以當(dāng)

7、TiO2的濃度達(dá)到80％，Eu3+離子的溶解度達(dá)到了飽和，而當(dāng)TiO2的濃度繼續(xù)增加時(shí)，Eu3+離子的溶解度將減小，導(dǎo)致Eu3+離子的聚集形成了團(tuán)簇，表現(xiàn)出發(fā)光強(qiáng)度的降低。 4.用溶膠-凝膠法制備了Eu3+離子摻雜的TiO2-SiO2復(fù)合薄膜并研究了退火溫度對(duì)復(fù)合薄膜的光致發(fā)光的影響。在退火溫度為700℃的時(shí)候，Eu3+離子引起的發(fā)光強(qiáng)度是最強(qiáng)的，而隨著退火溫度的升高由TiO2本身的Ti3+離子缺陷能級(jí)引起的在近紅外820nm處

8、的發(fā)光峰的強(qiáng)度變得越來(lái)越強(qiáng)，一方面是因?yàn)殡S著退火溫度的升高Ti3+離子增多，即缺陷能級(jí)數(shù)量增多，另一方面是Eu3+離子的能量背傳遞給Ti3+離子缺陷能級(jí)，這兩個(gè)原因?qū)е?20nm處的發(fā)光峰強(qiáng)度隨退火溫度而增強(qiáng)。 5.用溶膠-凝膠法制備了Er3+離子摻雜的TiO2-SiO2復(fù)合薄膜并研究了退火溫度和Ti/Si比例變化對(duì)復(fù)合薄膜的光致發(fā)光的影響。在523nm、545nm的綠光發(fā)射對(duì)應(yīng)于Er3+離子4f層內(nèi)的2H11/2-4I15/2