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稀土有机发光材料制备及性能的研究

吕玉光  
【摘要】: 稀土有机配合物以其优异的荧光性能在激光材料、光致发光、电致发光材料领域的潜在应用成为当前功能材料学科研究的热点之一。本论文对稀土配合物的研究和应用进行了综述,同时研究了铕、铽和β-双酮类化合物(或芳香族有机羧酸)的三元和四元稀土配合物及铕、铽或钇、钆和β-双酮类化合物的双核三元和四元稀土配合物的掺杂,并对合成的配合物进行了X射线衍射分析、差热-热重分析、红外光谱、紫外光谱、荧光光谱和电致发光光谱的测试。论文研究的内容主要分为以下几个部分: 第一部分研究了在稀土离子Tb~(3+)的掺杂对Eu~(3+)稀土配合物光致发光性能的影响,其中β-噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)为第一配体,2,2'-联吡啶(2,2'-Dipy)或邻菲哕啉(1,10-Phen)为第二配体。研究稀土配合物溶于氯仿中溶液的发光性能,实验结果表明,当Eu~(3+):Tb~(3+)=1:1时,所制备的铕稀土配合物在λ=613 nm的发光性能最好,荧光强度最强。 第二部分研究铕稀土配合物掺杂Tb~(3+)或Y~(3+),Gd~(3+)对发光性能的影响,以第一配体TTA或N-HPA,m-NBA,3,5-DNBA和第二配体1,10-Phen或2,2'-Dipy,TPPO,合成了一系列双核稀土有机配合物Tb_(1-x)Eu_x(TTA)_3-Phen,Y_(1-x)Eu_x(TTA)_3Dipy,Gd_(1-x)Eu_x(TTA)_3Dipy,Tb_(1-x)Eu_x(m-NBA)_3 Phen,Tb_(1-x)Eu_x(TTA)_2(N-HPA)Phen和Y_(1-x)Eu_x(TTA)_3(TPPO)_2。通过红外光谱、紫外光谱、荧光光谱,XRD射线衍射分析,差热-热重分析,电致发光光谱测试,研究了中央离子、第一配体及第二配体的改变对有机配合物的组成、结构和光学性能的影响。结果表明,铕稀土配合物掺杂Tb~(3+)或Y~(3+)、Gd~(3+)后,对铕配合物的发光有增强作用,得出Tb~(3+)离子最好,其次Y~(3+)离子和Gd~(3+)离子,同时讨论了掺杂量对其荧光性能的影响,当Tb~(3+)或Y~(3+)、Gd~(3+)的摩尔分数小于0.5时,配合物荧光强度值随Tb~(3+)或Y~(3+)、Gd~(3+)的增加而增大,当Tb~(3+)或Y~(3+)、Gd~(3+)的摩尔分数等于0.5时Tb_(0.5)Eu_(0.5)(TTA)_3Dipy,Tb_(0.5)Eu_(0.5)(TTA)_3Phen,Y_(0.5)Eu_(0.5)(TTA)_3Dipy和Gd_(0.5)Eu_(0.5)(TTA)_3Dipy,荧光强度值最大。当Tb~(3+)或Y~(3+)、Gd~(3+)的摩尔分数大于0.5时,随Tb~(3+)或Y~(3+)、Gd~(3+)的含量增加而荧光强度逐渐降低,同时通过差热.热重分析讨论了稀土配合物热稳定性,得出这些发光材料具有较高热稳定性。 第三部分合成了新型双核四元配合物Tb_(1-x)Eu_x(TTA)_2(N-HPA)Phen,通过红外光谱、紫外光谱、荧光光谱,XRD射线衍射分析,差热-热重分析,电致发光光谱测试研究了有机配合物的组成、结构和光学性能。光致发光和电致发光荧光光谱表明,铽对铕配合物的发光有协同作用。并且研究发光机理得出:在该系列配合物中,不仅有机配体可以将吸收的能量传递给发光的铕离子使其发光,而且铽离子也可将其吸收的能量通过分子内能量传递给铕离子,增强铕的发光强度。 第四部分采用的是蒸镀稀土有机配合物的方法来制备电致发光器件,研究了稀土铕配合物掺杂Tb~(3+)或Y~(3+)、Gd~(3+)对电致发光性能的影响。研究结果表明:双核稀土配合物Tb_(0.5)Eu_(0.5)(TTA)_3Dipy,Y_(0.5)Eu_(0.5)(TTA)_3Dipy,Gd_(0.5)Eu_(0.5)(TTA)_3Dipy,Tb_(0.5)Eu_(0.5)(m-NBA)_3Phen,Eu(TTA)_2(N-HPA),Tb_(0.25)Eu_(0.75)(TTA)_3Phen和Y_(0.25)Eu_(0.75)(TTA)_3(TPPO)_2电致发光性能较好。表明电致发光与光致发光具有相同发光机理,在电致发光体系,不仅配体可以将吸收的能量传递给发光的铕离子,而且铽离子或y~(3+)离子、Gd~(3+)离子也可将其吸收的能量通过分子内能量传递给铕离子,增强铕的发光强度。 第五部分研究了在稀土有机配合物中加入半导体材料纳米氧化物TiO_2,ZnS和CdS对光学性能影响,得出研究半导体材料TiO_2,ZnS和CdS注入可显著提高稀土有机配合物发光强度,研究结果表明,无机-有机复合发光材料具有发光性能良好,热稳定性好,具有很好的开发前景。


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