高純熒光材料Y-,2-O-,2-S的制備及其Ti離子摻雜的光學性質的研究.pdf

1、近年來,由于發(fā)光材料被廣泛應用于各個領域,其制備工藝及其光學特性的研究成為人們廣泛關注的研究課題,其中對以Y2O2S為基質摻雜的發(fā)光材料的制備和光學性能的研究是材料物理研究的熱點問題之一。 由于S的熔點和沸點與Y2O3的差別很大,取得高質量Y2O2S非常困難。我們改進了固相反應工藝,在不添加任何助溶劑,不用石墨坩堝的情況下,直接使Y2O3和S高溫汽固相反應而得到高質量的Y2O2S,避免了污染,簡化了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝,提高了以Y2O

2、2S為基質的摻雜發(fā)光材料的發(fā)光效率。X射線衍射譜分析結果顯示用此方法制備的Y2O2S樣品的相純度極高,沒有第二相或雜質峰。對Y2O2S進行了可見拉曼研究,結果表明Y2O2S的四個特征峰清晰且與前人的理論和實驗結果一致。而新工藝生產(chǎn)的Ti0.09Y1.91O2S的熒光強度較傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的Ti0.09Y1.91O2S熒光強度提高了23倍左右。 由于獲得高質量的摻雜Y2O2S發(fā)光材料比較困難,其光學和其他物理性能的研究受到了限制,目前

3、世界上只有少數(shù)幾個實驗室進行了Y2O2S的拉曼研究,例如:Shigeru YokonoV.A.Antonov等人對Y2O2S的拉曼散射進行了分析研究,而Y2O2S的拉曼譜的溫度效應尚缺乏系統(tǒng)研究。由于晶格振動與材料的許多性能有關,變溫拉曼譜的研究也成為人們廣泛關注的研究焦點之一。以往的研究表明這類溫度效應主要與晶格勢能內的非簡諧項與晶格體積的熱效應有關。為研究溫度變化對Y2O2S晶格動力學的影響,我們對Y2O2S進行了可見光、紫外變溫拉

4、曼的研究,結果表明:Y2O2S拉曼散射峰位和半高全峰寬(FWHM)是溫度的函數(shù),對實驗曲線進行Lorentz擬合,探討不同振動模的能隙與溫度的關系,發(fā)現(xiàn)由于晶格內原子分布在各個晶格方向的不同所導致晶格各向異性,也導致拉曼散射中不同散射模遵從不同的溫度關系。 此外,自Murazaki等人發(fā)現(xiàn)鎂和鈦摻雜的Y2O2S具有熒光和長余輝效應以來,Ti摻雜的熒光材料引起了人們廣泛的關注,有很多報道討論了Ti摻雜材料例如:Ti摻雜KTiOPO

5、4,Al2O3,ZnO,NaCl,Y2O2S等的熒光特征,并且很多物理模型被提出,用來解釋發(fā)現(xiàn)的實驗現(xiàn)象。但是,據(jù)我們所知,至今沒有關于Ti摻雜Y2O3的熒光方面的報道,而且有很多Ti摻雜發(fā)光材料的物理問題有待解決。在本文中,我們系統(tǒng)的研究了Ti0.09Y1.91O3和Ti0.09Y1.91O2S的電子結構和發(fā)光行為的關系。S對O的替代使立方晶格的Ti0.09Y1091O3畸變?yōu)槿墙Y構的Ti0.09Y1.91O2S,也促使其能帶結構和

6、熒光光譜發(fā)生了改變。XPS分析表明:Ti0.09Y1091O3和Ti0.09Y1.91O2S中的Ti離子都處于四價態(tài),不存在Ti2+和Ti3+,而且Ti0.09Y1.91O2S中的Ti離子的2p心能級和價帶都相對于Ti0.09Y1.91O3中的Ti離子參量發(fā)生了明顯的相對位移。這種電子結構的變化導致了Ti0.09Y1.91O2S的熒光相對于Ti0.09Y1.91O3的熒光發(fā)生了101nm的位移,同時也導致了Ti0.09Y1.91O2S的