摻三價(jià)稀土離子稀土(氟)磷酸鹽發(fā)光性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著高能物理和和醫(yī)學(xué)的發(fā)展，新型稀土閃爍體的研究進(jìn)展非常迅速，特別是發(fā)光效率高且有熒光快衰減的Ce3+離子激活的閃爍發(fā)光材料已經(jīng)成為探索新型醫(yī)用閃爍體材料的熱點(diǎn)。我們選取了不易潮解，物化性質(zhì)穩(wěn)定，合成溫度低且耐高能粒子轟擊的Na3Gd(PO4)2作為基質(zhì)，首先研究了Na3Gd(PO4)2：Ce3+熒光粉分別在真空紫外光和X射線激發(fā)下的發(fā)光性質(zhì)，結(jié)果顯示，Na3Gd(PO4)2：Ce3+熒光粉在X射線激發(fā)展示了較高的光產(chǎn)額，因而Na3Gd

2、(PO4)2：Ce3+能被考慮發(fā)展為一類性能優(yōu)良的閃爍體材料。另外，我們還研究了其它稀土離子Sm3+，Eu3+，Dy3+摻雜的Na3Gd(PO4)2熒光粉在真空紫外光激發(fā)和陰極射線激發(fā)下的光譜性質(zhì)，結(jié)果顯示，Na3Gd(PO4)2：Sm3+和Na3Gd(PO4)2：Eu3+在低電壓陰極射線激發(fā)下分別顯示了較強(qiáng)的橙紅和紅光發(fā)射。 在三價(jià)稀土離子的光譜研究中，由于可以通過簡單電子結(jié)構(gòu)的Ce3+離子的光譜性質(zhì)來預(yù)測其它三價(jià)稀土離子的光

3、譜性質(zhì)，因此，對(duì)于晶體中Ce3+離子的光譜研究很重要，我們系統(tǒng)研究了晶體結(jié)構(gòu)(尤其是Ce3+離子周圍的配位多面體結(jié)構(gòu))的變化對(duì)Ce3+離子的5d軌道光譜性質(zhì)的影響：(1)高溫固相法合成了系列Ce3+摻雜的LnPO4(Ln=Y，Gd，La)熒光粉，由于配位多面體的不同和較短的Ln—O鍵長，Ce3+在YPO4中的5d軌道展現(xiàn)了比LnPO4(Ln=Gd，La)更大的晶體場劈裂能；(2)高溫固相法合成了Ce3+摻雜的GdPO4和NaGdPO4F

4、熒光粉，結(jié)合GdPO4和NaGdPO4F的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，計(jì)算了Ce3+在這兩種基質(zhì)中的光譜極化率和5d軌道重心紅移值，從理論上驗(yàn)證了當(dāng)GdP04氟化為NaGdPO4F后，Ce3+的5d軌道重心降低了的光譜測試結(jié)果；(3)高溫固相法合成了Sr8LnR(PO4)6F2： Ce3+(Ln=Y，Gd，La；R=Na，K)系列熒光粉，光譜研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于小半徑電荷補(bǔ)償離子Na+的系列樣品Sr8LnNa(PO4)6F2： Ce3+(Ln=Y，Gd，L

5、a)，Ce3+離子趨向于同時(shí)進(jìn)入Sr(Ⅱ)和Ln(Ⅱ)兩個(gè)格位，對(duì)于采用較大補(bǔ)償離子K+時(shí)，Ce3+離子趨向于進(jìn)入Sr(Ⅱ)和Ln(Ⅱ)中的一個(gè)格位；(4) Ce3+在水熱合成的Sr8GdR(PO4)6F2：Ce3+(R= Na，K)體系中展示了不同于固相法合成體系的5d軌道光譜性質(zhì)，水熱法合成的Sr8GdR(PO4)6F2： Ce3+(R=Na，K)樣品展示形貌均一，微納米結(jié)構(gòu)顆粒，光譜研究發(fā)現(xiàn)，Ce3+離子趨向于進(jìn)入Gd(Ⅱ)格位，

6、不隨電荷補(bǔ)償離子變化。而且與固相法合成的熒光粉的光譜性質(zhì)比較發(fā)現(xiàn)，水熱法合成的熒光粉顆粒，基質(zhì)吸收帶藍(lán)移，Ce3+的5d勒道變窄。 研究了Eu3+摻雜NaGdPO4F熒光粉的真空紫外光譜性質(zhì)，通過Eu3+離子的高激發(fā)態(tài)5DJ(J=3，2，1，0)的濃度猝滅和溫度猝滅規(guī)律，探討了高激發(fā)態(tài)5DJ(J=3，2，1，0)之間無輻射弛豫過程；當(dāng)激發(fā)到Gd3+的6IJ激發(fā)態(tài)時(shí)，研究了Eu3+離子在不同溫度下的熒光壽命，初步探討了Gd3+→E

7、u3+能量傳遞過程和機(jī)理。 根據(jù)Gd3+在固熔體Na(Y，Gd)PO4F的真空紫外光譜性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了Gd3+的雙光子發(fā)射現(xiàn)象，當(dāng)激發(fā)到Gd3+的6GJ激發(fā)態(tài)，從6GJ→6IJ，6PJ躍遷發(fā)射一個(gè)紅光光子，然后從6PJ躍遷到基態(tài)8S7/2，發(fā)射另一個(gè)紫外光光子。通過研究6GJ和6PJ態(tài)的熒光壽命揭示了6PJ態(tài)主要通過6GJ→6PJ躍遷發(fā)射來布局。進(jìn)一步討論了6GJ→6PJ躍遷發(fā)射的不用自旋軌道耦合態(tài)的躍遷強(qiáng)度隨溫度變化規(guī)律以及6GJ

8、→6PJ和6PJ→8S7/2躍遷強(qiáng)度隨Gd3+摻雜濃度變化規(guī)律。 稀土發(fā)光材料主要應(yīng)用于顯示和照明兩個(gè)領(lǐng)域，代表著大屏幕，高清晰度平板顯示發(fā)展方向的等離子體平板顯示(PDP)是21世紀(jì)平板顯示最有競爭力的高新技術(shù)；而在照明領(lǐng)域，節(jié)能和環(huán)保是綠色照明的兩大主題，采用無汞的“綠色”照明必將取代汞燈照明的無汞熒光燈是目前的發(fā)展趨勢。目前，它們都是利用稀有氣體Xe等離子體放電放出主要是147 nm和172 nm的真空紫外光激發(fā)熒光粉發(fā)光

9、的原理來實(shí)現(xiàn)的，因此，尋找在147/172 nm光激發(fā)下的高效熒光粉成為關(guān)鍵技術(shù)之一。鑒于NaGdPO4F和Na2GdPO4F2兩類基質(zhì)相關(guān)吸收帶在147/172 nm展現(xiàn)了強(qiáng)的吸收，且它們?cè)谳^低的溫度下合成，所以這兩類基質(zhì)被認(rèn)為是良好的三價(jià)稀土離子激活的發(fā)光材料。高溫固相法合成了Tb3+摻雜NaGdPO4F和Na2GdPO4F2兩種新型熒光材料，通過研究它們的真空紫外光譜性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)NaGdPO4F：Tb3+和Na2GdPO4F2：Tb

10、3+在147/172 nm光發(fā)激發(fā)都展現(xiàn)了強(qiáng)的可見光發(fā)射，對(duì)于NaGdPO4F：Tb3+熒光粉，通過Y3+離子共摻優(yōu)化了172 nm光激發(fā)下的發(fā)光，熒光粉展示了172 nm光激發(fā)的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到了同樣測試條件下日本PDP商用熒光粉Zn2SiO4：Mn2+的92％，其熒光衰減時(shí)間明顯短于后者，且用固相法合成Na(Gd，Y)PO4F：Tb3+熒光粉粒徑均勻，無明顯團(tuán)聚；對(duì)于Na2GdPO4F2：Tb3+熒光粉，不同Tb3+濃度下，熒光粉在14