稀土摻雜磷硼酸鹽熒光玻璃及玻璃陶瓷的制備、光譜調(diào)控與應用研究.pdf

1、稀土離子摻雜熒光材料憑借其優(yōu)異的發(fā)光性能在白光 LED、顯示器件、太陽能電池、激光和光學溫度傳感器等諸多領(lǐng)域有著廣泛的潛在應用價值，引起了社會各界的關(guān)注。熒光玻璃及玻璃陶瓷具有其他熒光材料不可比擬的優(yōu)勢，例如透明、均勻、成本低廉和易加工等，同時也是一種優(yōu)異的稀土離子基質(zhì)材料。因此，開展稀土摻雜熒光玻璃及玻璃陶瓷的研究有重要的科學意義和應用價值。
　　本文通過高溫熔融-淬冷法制備了Eu3+、Tm3+、Tb3+和Sm3+離子單摻和共摻

2、Na2O-CaO-P2O5-B2O3-ZrO2磷硼酸鹽玻璃，并通過可控析晶法制備了Tb3+和Eu3+離子單摻和共摻磷硼酸鹽玻璃陶瓷。利用XRD、紅外光譜、TEM和密度測量對磷硼酸鹽玻璃及玻璃陶瓷進行了結(jié)構(gòu)分析；采用吸收光譜、激發(fā)光譜、發(fā)射光譜和色坐標研究了熒光磷硼酸鹽玻璃及玻璃陶瓷的光學性能；利用熒光衰減結(jié)并合相關(guān)的理論及公式計算對稀土離子在磷硼酸鹽玻璃及玻璃陶瓷中的能量傳遞進行了研究；對Tb3+/Eu3+共摻磷硼酸鹽玻璃及玻璃陶瓷進行

3、變溫發(fā)射光譜測試，并基于熒光強度比技術(shù)研究了其熒光溫敏特性。得到如下的研究結(jié)果：
　　1.Eu3+離子摻雜磷硼酸鹽玻璃：XRD圖譜表明，樣品中沒有任何析晶，呈典型的非晶態(tài)玻璃結(jié)構(gòu)。紅外光譜分析結(jié)果表明，玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中主要有[BO3]、[BO4]和[PO4]三種基團，并通過P-O-P，P-O-B，B-O和P=O鍵互相連接。在393nm激發(fā)下，Eu3+離子單摻磷硼酸鹽玻璃的發(fā)射光譜及熒光衰減顯示，Eu3+離子摻雜濃度達到2.5mol

4、%時樣品中發(fā)生稀土離子的濃度猝滅現(xiàn)象。通過對Eu3+離子單摻磷硼酸鹽玻璃的色坐標進行計算發(fā)現(xiàn)其色坐標為（0.65,0.34）接近于標準紅光的色坐標（0.67，033）。
　　2.Tb3+/Sm3+離子共摻磷硼酸鹽玻璃：在374nm激發(fā)下玻璃樣品表現(xiàn)出黃色的發(fā)射光，通過改變Sm3+離子濃度可調(diào)控發(fā)光性能。發(fā)射光譜與熒光衰減結(jié)果證實存在Tb3+→Sm3+的能量傳遞過程，能量傳遞過程主要是以無輻射躍遷的共振傳遞形式進行，相應的傳遞機理為

5、電四極子-電四極子相互作用。
　　3.Tm3+/Tb3+/Sm3+離子共摻磷硼酸鹽玻璃：在358nm激發(fā)下玻璃樣品發(fā)射光進入了白光區(qū)域，符合白光LED色坐標的基本要求。隨著Sm3+離子濃度的增加，玻璃樣品的發(fā)射光逐漸由冷色調(diào)向暖色調(diào)移動。當Tm3+、Tb3+和Sm3+離子的摻雜濃度分別為0.4、1.0和0.8mol%時，玻璃樣品的色坐標為（0.3339，0.3241），這與標準白光的色坐標（0.3333,0.3333）非常接近。發(fā)

6、射光譜與熒光衰減結(jié)果證實存在Tm3+→Sm3+和Tb3+→Sm3+的能量傳遞，能量傳遞主要以無輻射躍遷的共振傳遞形式進行。
　　4.Tb3+/Eu3+離子共摻磷硼酸鹽玻璃：在378nm激發(fā)下玻璃樣品的發(fā)射光主要在黃光區(qū)，通過改變Eu3+離子濃度可調(diào)控發(fā)光性能。發(fā)射光譜與熒光衰減結(jié)果證實存在Tb3+→Eu3+的能量傳遞過程，能量傳遞過程主要是以無輻射躍遷的共振傳遞和交叉馳豫傳遞的形式進行。353K-573K溫度范圍內(nèi)的變溫發(fā)射光譜表

7、明，Tb3+/Eu3+離子共摻磷硼酸鹽玻璃具備優(yōu)良的熒光溫敏特性，其絕對靈敏度為0.0036K-1。
　　5.Tb3+/Eu3+離子共摻磷硼酸鹽玻璃陶瓷：XRD圖譜表明，玻璃陶瓷中的納米晶體為NaCaPO4，根據(jù)謝樂公式以及TEM分析估算出晶體的尺寸大約13nm。在378nm激發(fā)下，Tb3+/Eu3+離子共摻磷硼酸鹽玻璃陶瓷的發(fā)射光處于黃光區(qū)，通過改變Eu3+離子濃度可調(diào)控發(fā)光性能。發(fā)射光譜與熒光衰減結(jié)果證實存在Tb3+→Eu3+