Eu3+摻雜具有白磷鈣礦結(jié)構(gòu)堿土金屬多磷酸鹽的發(fā)光和結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、稀土元素因?yàn)榫哂休^特別的電子層結(jié)構(gòu)而廣泛地用于發(fā)光材料。摻雜稀土元素的發(fā)光材料具有吸收能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換率高，尤其是在可見光區(qū)域內(nèi)有很強(qiáng)的發(fā)射能力的優(yōu)點(diǎn)，并且物理、化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，其中稀土多磷酸鹽是一個(gè)重要的研究體系，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用于照明工業(yè)。Eu3+離子是最主要的紅發(fā)光激活離子，在照明和顯示等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
　　本論文選擇了具有白磷鈣礦(Whitlockite-type)結(jié)構(gòu)的多磷酸鹽Ca9R(PO4)7(R=Al3+,L

2、u3+)，Ca9LiGd2/3(PO4)7，Sr9Ga(PO4)7為基質(zhì)材料，Eu3+離子為摻雜離子，采用高溫固相法反應(yīng)制備了發(fā)光熒光粉。利用XRD、SEM，熒光光譜儀對(duì)它們進(jìn)行了結(jié)構(gòu)及發(fā)光性能的表征，并詳細(xì)地研究了Eu3+離子摻雜Ca9R(PO4)7(R=Al3+, Lu3+):Eu3+，Ca9LiGd2/3(PO4)7:Eu3+的激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、發(fā)光熱穩(wěn)定性、發(fā)光衰減和作為白光LED用紅色熒光粉的潛在應(yīng)用；根據(jù)Eu3+離子的激光

3、位置選擇激發(fā)和發(fā)射光譜技術(shù)，分析了稀土離子Eu3+在Ca9LiGd2/3(PO4)7以及Ca9R(PO4)7(R=Al3+,Lu3+)中的晶體學(xué)格位特征。另外，Sr9Ga(PO4)7作為單基質(zhì)發(fā)光材料，發(fā)光原理歸結(jié)為晶格中Ga-O八面體基團(tuán)的自激活中心，而且Sr9Ga(PO4)7可以被X射線有效地激發(fā)，可以作為潛在的X射線激發(fā)發(fā)光器或者閃爍基數(shù)器。
　　第三章，應(yīng)用X射線粉末衍射（XRD），熒光光譜，發(fā)光衰減等測(cè)試方法研究了Ca9

4、R(PO4)7(R=Al3+,Lu3+):Eu3+的物相組成以及發(fā)光性能，結(jié)果表明固相合成的Ca9R(PO4)7(R=Al3+,Lu3+):Eu3+為純相的白磷鈣礦(whitlockite-type)六方結(jié)構(gòu)，空間群為R3c，Z=6，具有與β-Ca3(PO4)2相同的結(jié)構(gòu)；在紫外光254nm激發(fā)下，Ca9R(PO4)7(R=Al3+,Lu3+):Eu3+發(fā)出強(qiáng)烈的紅光(614nm)，來自Eu3+離子的5D0→7F2的電偶極躍遷。使用激光

5、位置選擇激發(fā)和發(fā)射技術(shù)探討了基于Eu3+離子的光譜探針信息，分析了該材料中局域結(jié)構(gòu)的特征及對(duì)發(fā)光性質(zhì)的影響，在Eu3+離子摻雜的Ca9R(PO4)7(R=Al3+,Lu3+)中，當(dāng)基質(zhì)為Ca9Al(PO4)7時(shí)，Eu3+離子取代了Ca(1)，Ca(2)和Ca(3)三個(gè)位置，有三種不同配位環(huán)境；當(dāng)基質(zhì)為Ca9Lu(PO4)7時(shí)，Eu3+離子除了取代Ca(1)，Ca(2)和Ca(3)三個(gè)位置，還可以取代Lu3+離子在Ca(5)的位置，這是因

6、為L(zhǎng)u3+離子的半徑和Eu3+離子的半徑接近。從7F0→5D0激發(fā)光譜可以看出，Eu3+離子在Ca9Lu(PO4)7中有五種配位環(huán)境。Eu3+離子摻雜Ca9Al(PO4)7、Ca9Lu(PO4)7的發(fā)光色度一樣，都為(x=0.661,y=0.333)，接近國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)紅色色度(x=0.67,y=0.33)，具有較好的發(fā)光熱穩(wěn)定性能。
　　第四章，利用X射線粉末衍射證實(shí)Ca9LiGd2/3(PO4)7:Eu3+為純相的白磷鈣礦(whit

7、lockite-type)結(jié)構(gòu)；在真空紫外和紫外光的激發(fā)下，Ca9LiGd2/3(PO4)7:Eu3+發(fā)出強(qiáng)烈的紅光（611nm），來自Eu3+離子5D0→7F2的電偶極躍遷；利用位置選擇激發(fā)和發(fā)射光譜、發(fā)光衰減、晶體結(jié)構(gòu)研究了Eu3+離子在Ca9LiGd2/3(PO4)7:Eu3+中的濃度淬滅和Eu3+離子的占據(jù)位置情況，在摻雜濃度達(dá)到90%之前，發(fā)光強(qiáng)度都隨著濃度的增加而增強(qiáng)，而當(dāng)Eu3+離子完全取代Gd3+離子時(shí)的發(fā)光強(qiáng)度是Eu3

8、+離子摻雜濃度為90%發(fā)光強(qiáng)度的99.32%，所以最佳摻雜濃度為90%。從7F0→5D0激發(fā)光譜可以看出，Eu3+離子在Ca9LiGd2/3(PO4)7中有兩種配位環(huán)境。
　　第五章，采用高溫固相法合成了Sr9Ga(PO4)7單基質(zhì)自激活發(fā)光熒光粉，利用X-射線粉末衍射，激發(fā)、發(fā)射光譜和發(fā)光衰減曲線等研究了Sr9Ga(PO4)7的結(jié)構(gòu)特征以及發(fā)光原理，X-射線粉末衍射結(jié)果表明合成了Sr9Ga(PO4)7純相；在254nm紫外光的激

9、發(fā)下，Sr9Ga(PO4)7發(fā)出藍(lán)光，發(fā)光色度為(x=0.193,y=0.218)。另外，X-射線激發(fā)光譜表明，Sr9Ga(PO4)7能有效地被X射線激發(fā)，可以作為潛在的X射線激發(fā)發(fā)光器或者閃爍基數(shù)器。
　　本論文的創(chuàng)新點(diǎn)是，首次研究了Eu3+離子摻雜具有白磷鈣礦(Whitlockite-type)結(jié)構(gòu)的多磷酸鹽Ca9R(PO4)7(R=Al3+,Lu3+)、Ca9LiGd2/3(PO4)7的發(fā)光性能，結(jié)果表明，熒光粉可以被紫外光

10、有效地激發(fā)，并且發(fā)出610nm左右的紅光，是潛在的白光LED用紅發(fā)光熒光粉；首次利用激光位置選擇激發(fā)和發(fā)射光譜研究了Eu3+離子在基質(zhì)中的占位問題，表明了Eu3+離子在Ca9Al(PO4)7基質(zhì)中的三種不同發(fā)光中心，在Ca9Lu(PO4)7中的五種不同發(fā)光中心，在 Ca9LiGd2/3(PO4)7中的兩種不同發(fā)光中心；此外，還首次研究了Sr9Ga(PO4)7自激活基質(zhì)熒光粉，結(jié)果表明在254nm近紫外光的激發(fā)下，Sr9Ga(PO4)7發(fā)