稀土掺杂锌酸钆钡光转换荧光粉的光谱性质及发光机理研究

摘要

近年来，随着照明、显示、荧光标记等技术的不断发展，发光材料尤其是稀土离子掺杂荧光粉的研究得到了人们的广泛关注。除了提高荧光粉的发光效率之外，研究人员还致力于降低材料成本、改进制备方法、寻求安全环保的发光材料等方面的研究。为了开发新型发光材料，只有先了解其基本特性才能更好地改良它们的各方面性能。一般地，按照不同的发光机理可以将荧光粉分为上转换荧光粉和下转换荧光粉，其中下转换荧光粉中包含一类发光机理与上转换过程相逆的荧光粉，即量子剪裁荧光粉。本论文采用锌酸钆钡这种具有良好晶体结构稳定性且声子能量低的材料作为基质、通过掺杂不同的稀土离子研究不同类型光转换荧光粉的发光性质和机理。本论文的主要内容如下:
　　 (1)利用高温固相法合成Ba5Gd8Zn4O21∶Er3+，Yb3+上转换荧光粉，并优化了稀土离子的掺杂浓度。由于该样品具有强的红色上转换发射，我们将该样品与红色上转换商品粉在同样的条件下测试比较，发现该样品具有更高的上转换效率。
　　 (2)利用高温固相法合成BaGd2ZnO5∶Eu3+量子剪裁荧光粉，测试了该样品在紫外和真空紫外区域的激发和发射光谱，研究了该荧光粉中Gd3+-Eu3+离子对的量子剪裁过程，并计算了量子剪裁效率。
　　 (3)利用高温固相法合成Ba5Gd8Zn4O21∶Eu3+下转换荧光粉。分别用276、395nm激发样品可以得到不同的发射光谱。发现低浓度掺杂的样品用395nm激发时，Eu3+的5DJ高能级的发射较强，根据Eu3+的能级图我们分析了不同激发路径下样品的发光机理。我们计算了样品的色坐标，当用395nm激发低掺杂浓度的样品时，样品的发光落在白光区;用276和395nm激发高掺杂浓度的样品时，样品的发光接近标准红光。另外，我们利用Van的模型讨论了样品浓度猝灭和能量传递的机理;研究了样品的温度猝灭现象，将样品的温度猝灭归因于crossover过程，利用Arrhenius公式拟合得到该过程的活化能。最后我们计算了Eu3+的J-O参数。
　　 (4)利用高温固相法合成Ba5Gd8Zn4O21∶Dy3+下转换荧光粉。研究了该样品的浓度和温度猝灭特性，并将Dy3+的温度猝灭归因于crossover过程，计算了该过程的活化能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 发光与发光材料

1．2 稀土离子

1．2．1 稀土发光材料的优势及应用

1．2．2 稀土元素的电子结构与光谱项

1．2．3 三价稀土离子的特征跃迁

1．3 基质

1．4 光致发光材料的光转换特性

1．4．1 上转换

1．4．2 下转换和量子剪裁

1．5 去激发

1．5．1 去激发

1．5．2 能量传递

1．5．3 多声子弛豫

1．6 温度猝灭

1．7 本论文的研究内容及创新点

第2章 样品的制备及表征

2．1 实验药品及设备

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验及测试设备

2．2 样品的制备

2．3 样品的表征

2．3．1 晶体结构表征

2．3．2 荧光光谱分析

2．3．3 真空紫外荧光光谱表征

2．3．4 上转换光谱表征

2．3．5 热稳定性质表征

第3章 Ba5Gd8Zn4O21：Er3+，Yb3+荧光粉的高效红色上转换特性研究

3．1 样品的浓度优化

3．2 样品的结构表征

3．3 样品的上转换发射光谱

3．4 样品与商品氧化钇的上转换对比研究

3．5 小结

第4章 BaGd2ZnO5：Eu3+荧光粉中基于Gd3+-Eu3+离子对的量子剪裁过程研究

4．1 样品的结构表征

4．2 样品的光谱性质研究

4．3 量子剪裁过程与量子效率

4．4 小结

第5章 颜色可调Ba5Gd8Zn4O21：Eu3+的激发路径与温度依赖发光性质研究

5．1 样品的结构表征

5．2 样品在室温下的发光性质研究

5．2．1 激发光谱

5．2．2 发射光谱

5．2．3 激发路径依赖的光谱性质分析

5．2．4 色度学性质分析

5．2．5 浓度猝灭和能量传递机理

5．3 温度猝灭与猝灭机理讨论

5．4 光学跃迁计算

5．5 小结

第6章 BaGd2ZnO5：Dy3+荧光粉的发光性质及温度猝灭研究

6．1 样品的结构表征

6．2 样品的光谱分析

6．3 样品的温度猝灭特性分析

6．4 小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间已发表及待发表学术论文及专利情况

致谢

作者简介