釓鋁酸鹽基發(fā)光材料的組合芯片法研究.pdf

1、組合材料芯片技術(shù)是功能材料開發(fā)研究的全新方法，能夠高效、快速地篩選/優(yōu)化新材料。我們利用這一技術(shù)對新型稀土摻雜釓鋁酸鹽發(fā)光材料進(jìn)行了研究，以期建立釓鋁酸鹽基發(fā)光材料數(shù)據(jù)庫，為發(fā)光材料設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。本研究以國內(nèi)第一個普適性組合技術(shù)研究平臺-IM100離子束材料芯片沉積儀為主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備，采用離子束順序沉積技術(shù)設(shè)計(jì)、制備了一系列稀土摻雜釓鋁酸鹽發(fā)光材料芯片。我們針對發(fā)光材料體系中影響發(fā)光性能的主要因素：基體、發(fā)光中心種類、發(fā)光中心摻雜濃度

2、、敏化中心種類等，進(jìn)行了系統(tǒng)地研究；作為開展這一研究的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，我們還進(jìn)行了稀土摻雜釓鋁酸鹽發(fā)光材料粉體的制備技術(shù)研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 1、稀土摻雜釓鋁酸鹽發(fā)光材料發(fā)光性能的研究。憑借芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)該類發(fā)光材料的基體材料和稀土摻雜元素相關(guān)光學(xué)性能數(shù)據(jù)的迅速積累，并以第一性原理為研究手段探討稀土摻雜釓鋁酸鹽材料的發(fā)光共性和規(guī)律。實(shí)驗(yàn)中以掃描電鏡(SEM)、X射線相分析(XRD)、熒光發(fā)射和激發(fā)譜(PL)、紫外激發(fā)發(fā)光照相記

3、錄等分析方法來表征材料芯片和同步粉體樣品。通過組合芯片篩選：發(fā)現(xiàn)GdAlO3( GAP)是一種高效發(fā)光基體；完成了Ce、Pr、Sm、Eu、Tb、Dy等稀土離子的單摻雜和共摻雜光譜特性數(shù)據(jù)的積累；并從眾多的稀土摻雜釓鋁酸鹽發(fā)光材料中優(yōu)選出Eu、Tb離子主摻雜的線索材料。 2、釓鋁酸鹽薄膜制備工藝研究。按化學(xué)計(jì)量比順序沉積晶相薄膜各組元，通過低溫擴(kuò)散過程和高溫晶化的兩步熱處理得到均質(zhì)單相薄膜。熱處理時考慮單層薄膜厚度、溫度、時間等條

4、件對薄膜的擴(kuò)散均勻性的影響，以及在不同燒成溫度下薄膜結(jié)晶狀況。根據(jù)掃描電鏡二次電子像(SEM)、X射線衍射譜(XRD)、俄歇深度剖析譜(AES)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)組元單層不大于500A時，釓鋁酸鹽前驅(qū)薄膜經(jīng)低溫擴(kuò)散(4000C/120h)后，再經(jīng)過高溫晶化(Gd4Al2O9(GAM)及GdAlO3(GAP)在1300℃/4h、Gd3Al5O12(GAG)在1200℃/4h的條件下)，可得到單相晶化薄膜。 3、稀土摻雜釓鋁酸鹽基發(fā)光材料

5、粉體的制備技術(shù)研究。實(shí)驗(yàn)以X射線相分析(XRD)、熱重，差熱(TG-DSC)和計(jì)算熱力學(xué)為分析手段，得到如下實(shí)驗(yàn)結(jié)果：檸檬酸鹽.硝酸鹽法制備稀土摻雜釓鋁酸鹽粉體時，>900℃/2h可得到GdAI03、Gd4Al2O9單相粉末，隨著煅燒溫度的升高，晶粒發(fā)育越完整；Gd3Al5O12需要在900℃附近快速煅燒得到，900℃/1h是比較好的煅燒條件，低于或高于此溫度都很難得到Gd3Al5O12單相粉末。采用醋酸鹽-硝酸鹽法很難制備Gd4Al2