幾種含氧酸鹽固溶體發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)和發(fā)光性質(zhì)探究.pdf

1、作為常見的固態(tài)發(fā)光材料之一，稀土離子激活的發(fā)光材料如今已被廣泛應(yīng)用于白光LED、上轉(zhuǎn)換發(fā)光、長余輝以及量子剪裁等領(lǐng)域。固溶體發(fā)光材料的出現(xiàn)為尋找新型功能材料提供了更豐富的素材，其結(jié)構(gòu)性質(zhì)在很大程度上決定了該材料的光、電、磁、熱等性質(zhì)。對固溶體材料結(jié)構(gòu)組成的研究，并建立其結(jié)構(gòu)組成和各方面應(yīng)用性能之間的聯(lián)系，因其對新型功能材料的開發(fā)具有指導(dǎo)意義而成為當(dāng)今固態(tài)無機(jī)化學(xué)材料科學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向之一。固溶體發(fā)光材料對發(fā)光材料的性能調(diào)控具有重要意

2、義，其在稀土摻雜和過渡族金屬離子摻雜發(fā)光材料中占據(jù)著越來越重要的地位。
　　發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)在很大程度上決定了其發(fā)光性質(zhì)，例如直接影響激發(fā)和發(fā)射光譜中峰型、峰值位置以及峰寬等，它們直接決定了該材料的性能和使用前景。這意味著深入研究發(fā)光材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)和發(fā)光性質(zhì)之間的聯(lián)系顯得尤為必要，它對開發(fā)新型發(fā)光材料具有十分重要的指導(dǎo)意義。因此，本論文的主要工作是通過建立與實驗結(jié)果相符的理論模型來試圖尋找材料結(jié)構(gòu)性質(zhì)和發(fā)光性質(zhì)之間的聯(lián)系，并為尋找

3、性能更為優(yōu)異的新型發(fā)光材料提供一定的理論依據(jù)。本文主要內(nèi)容和研究成果如下:
　　第一章是本文的緒論部分，主要介紹了固溶體發(fā)光材料性質(zhì)探究的選題意義、研究背景和現(xiàn)狀，并對稀土摻雜發(fā)光材料以及固溶體材料的基礎(chǔ)知識、基本原理和基本研究手段做了簡單介紹，主要包括稀土元素的分類、稀土的光譜理論、稀土發(fā)光材料的應(yīng)用以及稀土光譜的表征手段。同時，介紹了固溶體材料的定義、形成、類型、性能、作用以及研究方法等基本知識。
　　第二章主要介紹了自

4、激活固溶體發(fā)光材料Ba2xSr1-2xV2O7的結(jié)構(gòu)和發(fā)光性質(zhì)。首先，我們通過高溫固相法合成了不同固溶比例下的樣品，并通過X射線衍射譜對材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)做了表征。XRD結(jié)果表明我們成功合成固溶體。此外，我們還測得了不同固溶比例下樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜。實驗結(jié)果表明激發(fā)和發(fā)射峰的位置和峰寬均隨固溶比例變化呈現(xiàn)非單調(diào)變化。通過展示與實驗結(jié)果相符的位形坐標(biāo)圖，我們把這種非單調(diào)性歸結(jié)于固溶導(dǎo)致的非均勻程度的增加。Ba2+和Sr2+的非均勻分布不僅造

5、成能級組的非均勻增寬，還通過增大交換作用常數(shù)使得激發(fā)態(tài)自旋單態(tài)和三重態(tài)之間的能級組間隔增大。此外，當(dāng)Sr的占比達(dá)到3/4時譜線峰值位置和半高寬均出現(xiàn)極值，這表明度量無序程度的標(biāo)準(zhǔn)在此處發(fā)生變化。
　　第三章主要介紹了摻雜稀土離子的長余輝固溶體發(fā)光材料BaxSr1-xAl2O4∶Eu2+的結(jié)構(gòu)和發(fā)光性質(zhì)。與第二章工作類似，不同固溶比例下樣品的合成同樣通過高溫固相法實現(xiàn)，而材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)同樣通過X射線衍射譜表征。XRD結(jié)果在證明成功合

6、成固溶體的同時顯示了我們的材料中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)相變，同時我們還通過第一性原理計算估計了相變點，其結(jié)果與XRD結(jié)果相符。對于特定的固溶區(qū)間，我們監(jiān)測了不同固溶比例下樣品的發(fā)射光譜，并發(fā)現(xiàn)了發(fā)射光譜峰值位置與固溶比例的非單調(diào)依賴關(guān)系。與第二章內(nèi)容不同的是，這里涉及的發(fā)光中心是摻雜離子而非具有電荷遷移帶的自激活基團(tuán)，因而我們需要建立不同于第二章的理論模型來解釋此實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象。通過分析，我們發(fā)現(xiàn)這種反常的光譜現(xiàn)象與Eu2+在不同固溶比例樣品中占

7、據(jù)兩種Ba格位的不同傾向性有關(guān)。
　　第四章主要介紹了摻雜稀土離子Eu2+和過渡族金屬離子Mn2+的鹵磷酸鹽Ca5(PO4)3(F0.8Cl0.2)樣品的發(fā)光性質(zhì)。與前兩章內(nèi)容不同的是，前兩章主要考慮陽離子取代形成的固溶體，而本章則考慮陰離子取代所形成的固溶體。本實驗中，所有樣品均由高溫固相法合成，并由X射線衍射譜表征。XRD結(jié)果顯示我們成功合成了固溶樣品，同時說明一定占比Cl-的引入并不會對Ca5(PO4)3F原本的晶格結(jié)構(gòu)造成

8、較大影響。在此材料中，我們研究了Eu2+向Mn2+的能量傳遞以及如何通過調(diào)節(jié)Eu2+、Mn2+的摻雜濃度來實現(xiàn)白光。
　　第五章主要介紹了摻雜Tb3+、Ho3+兩種稀土離子的磷酸鹽材料YPO4的發(fā)光性質(zhì)以及其應(yīng)用于熒光溫度探測的可行性。我們通過水熱法合成該樣品，并通過X射線衍射譜對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。XRD結(jié)果顯示成功合成所需晶相。在本章中，我們提出了一種與傳統(tǒng)的基于熱耦合能級的上轉(zhuǎn)換熒光溫度探測不同的測溫機(jī)制，并通過YPO4∶3.