稀土Eu3+離子的微結(jié)構(gòu)及發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土元素因具有的獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，幾乎占據(jù)了整個(gè)固體發(fā)光領(lǐng)域，只要涉及發(fā)光，基本離不開稀土，目前已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、玻璃、陶瓷、照明、電子、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。銪Eu元素是稀土元素中研究最廣泛的元素之一，Eu3+離子是典型的紅色發(fā)光離子，Eu3+離子的發(fā)光來自于內(nèi)層的4f→4f躍遷，其發(fā)光性質(zhì)與基質(zhì)的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，當(dāng)Eu3+離子在晶體學(xué)格位上處于非反演對(duì)稱中心時(shí)，電偶極躍遷5D0→7F2有較強(qiáng)的發(fā)射；相反的，磁偶極躍遷5D

2、0→7F1為主要躍遷方式，5D0→7F0躍遷的發(fā)射峰劈裂數(shù)目可以標(biāo)定Eu3+所處晶格環(huán)境的種類，這一獨(dú)特的發(fā)光性能和其結(jié)構(gòu)探針性質(zhì)決定了Eu3+離子在各個(gè)領(lǐng)域中的重要地位。
　　本論文選擇了硼酸鹽、鈮酸鹽、鉬酸鹽三種發(fā)光基質(zhì)材料，采用傳統(tǒng)的高溫固相法制備了一系列稀土離子Eu3+摻雜的熒光粉材料，利用X射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡、X射線能譜分析、拉曼光譜、激發(fā)與發(fā)射光譜、發(fā)光衰減研究了在不同基質(zhì)材料中Eu3+離子的微結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能

3、，并分析其在不同領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　第三章，本章節(jié)采用傳統(tǒng)高溫固相反應(yīng)法制備CaB2O4:Eu3+粉末和陶瓷樣品。主要通過XRD、SEM、EDS分別分析了CaB2O4:Eu3+礦化不同時(shí)間后的結(jié)構(gòu)特征、表面形貌以及樣品表面元素組分的變化，結(jié)合Eu3+離子的結(jié)構(gòu)探針作用，測試發(fā)光光譜和衰減曲線研究礦化過程中樣品的發(fā)光性能與潛在應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，隨著礦化時(shí)間的延長，XRD中CaB2O4:Eu3+的衍射峰逐漸消失，羥基磷灰石(HA

4、)的衍射峰逐漸明顯，形成類似花狀的HA，說明樣品具有較好的形成羥基磷灰石的能力；同時(shí)，礦化過程中樣品的發(fā)光出現(xiàn)有規(guī)律的變化，5D0→7F2躍遷與5D0→7F1躍遷發(fā)射強(qiáng)度的比值逐漸減小接近于1，5D0→7F4躍遷發(fā)射強(qiáng)度也相應(yīng)發(fā)生了變化，在礦化的最后階段出現(xiàn)了 Eu2+離子的發(fā)光。Eu3+的這一結(jié)構(gòu)探針性質(zhì)有望可以用來監(jiān)測生物礦化中羥基磷灰石的相轉(zhuǎn)變過程。
　　第四章，本章節(jié)采用傳統(tǒng)的高溫固相法制備摻雜不同濃度的La3Mg2NbO

5、9熒光粉材料。通過XRD和SEM表征該材料的結(jié)構(gòu)和形貌，研究表明，該物質(zhì)為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，當(dāng)摻雜濃度低于10 mol％，合成的樣品相純度較高，無雜質(zhì)相出現(xiàn)，顆粒的平均粒徑為300–500nm。利用Eu3+離子的結(jié)構(gòu)探針作用，通過激發(fā)和發(fā)射光譜以及發(fā)光衰減曲線，研究Eu3+離子在晶格中所處格位以及樣品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在460 nm波長的激發(fā)下，該物質(zhì)最強(qiáng)的發(fā)射峰都是超靈敏電偶極躍遷5D0→7F2(615 nm)，說明Eu3+離子位于非反演對(duì)稱中心

6、的晶格中，另外，測試了樣品的拉曼光譜進(jìn)一步確定Eu3+離子的微結(jié)構(gòu)，而基質(zhì)晶格中La3+處于非中心對(duì)稱的環(huán)境中。樣品的CIE色度坐標(biāo)計(jì)算得到是(x=0.665,y=0.341)。研究表明Eu3+離子在晶格中只取代La3+位置，而且Mg和Nb的共存在導(dǎo)致La3Mg2NbO9的結(jié)構(gòu)是高度扭曲的。
　　第五章，本章節(jié)主要通過固相反應(yīng)法合成樣品NaLa4Mo3O15F:Eu3+。通過XRD和SEM分析其結(jié)構(gòu)組成和形貌，該樣品結(jié)晶良好，無雜

7、質(zhì)相存在；通過激發(fā)光譜和發(fā)射光譜表征熒光粉的發(fā)光性能，Eu3+離子的最佳摻雜濃度為70 mol%，在近紫外光和藍(lán)光的激發(fā)下，可以發(fā)射出位于615 nm的明亮的紅光，這是來源于Eu3+的電偶極躍遷5D0→7F2。最具意義的是隨著摻雜濃度的增加，激發(fā)光譜中的電荷轉(zhuǎn)移(CTB)帶出現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，比其他非立方結(jié)構(gòu)的鉬酸鹽熒光粉電荷轉(zhuǎn)移的波長更大，這是因?yàn)槠洫?dú)特的立方結(jié)構(gòu)中含有MoO6基團(tuán)，還有F-離子的共摻雜作用。另外，還測定了NaLa4Mo3

8、O15F:Eu3+的量子效率和色度值，結(jié)合熱穩(wěn)定性能測試研究該樣品NaLa4Mo3O15F:Eu3+在基于UV/藍(lán)光GaN白光LED領(lǐng)域所具有的潛在應(yīng)用。
　　本論文系統(tǒng)地研究了稀土銪離子Eu3+摻雜基質(zhì)硼酸鹽、鈮酸鹽、鉬酸鹽的微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和發(fā)光性能。首次研究了Eu3+離子在生物材料CaB2O4中的探針作用和發(fā)光性能，分析Eu3+離子在生物領(lǐng)域監(jiān)測生物礦化的潛在意義；探究了La3Mg2NbO9基質(zhì)中摻雜不同濃度的Eu3+所得熒光粉的