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稀土掺杂Ca_2Zn_4Ti_(16)O_(38)晶体的可控制备和发光性质的研究

周文  
【摘要】: 碱土金属钛酸盐不但化学性质稳定而且具有合适的禁带宽度,是一种优良的发光材料基质。Ca2Zn4Ti16O38:Pr3+(简写为:CZT:Pr)的激发光谱从紫外光区延伸到可见光区(250~500 nm),能被可见光有效激发,产生红光发射且呈现很慢的余辉衰减性能。CZT:Pr能烧结成瓷,具有良好的热稳定性和机械强度,是一种新型的红色发光陶瓷。 然而,高温固相法制备CZT:Pr需要2天时间;用溶胶-凝胶法制备CZT:Pr也需要在950℃下反应21 h。这些苛刻的制备条件(耗时耗能)与当今倡导的节能的绿色制备方法存在着一定的距离。因此,CZT:Pr最优化合成工艺是一个亟待解决的问题。 另外,CZT:Pr还存在着发光强度弱和余辉时间短等缺点。因此,通过进一步掺杂来寻找辅助激活剂是本文研究的重点内容。 同时,为了实现以CZT为基质的荧光粉对目光中的蓝、绿光的有效吸收,本论文还对单掺Eu、Sm离子的CZT荧光粉进行了研究,考察了掺杂离子浓度及合成条件对其发光性质的影响。具体的内容如下: 1.Ca2Zn4Ti16O38:Pr晶体的可控制备和发光性能 采用溶胶-凝胶法,考察了前驱溶液的pH值对CZT:Pr的物相组成、形貌和发光性质的影响。当前驱溶液的pH≤3时,在高温炉中900℃煅烧8 h就可获得颗粒均匀细小、球状、物相单一的CZT:Pr荧光粉;荧光测试表明,该荧光粉能被可见光有效激发,在614 nm和644 nm处发光性能优异,并呈现很慢的余辉衰减特性。 前驱体制备条件相同时,采用微波辅助加热,800℃,2 h就可获得物相单一的CZT:Pr荧光粉;与在马弗炉中(900℃,8 h)制备的荧光粉相比,900℃,4 h所制得的荧光粉具有更好的发光和余辉性能。用溶胶凝胶-微波法制备的CZT:Pr荧光粉既保持了其优异的发光性能又降低了反应温度和缩短了反应时间,是一种节能环保型的绿色合成方法。 2.Ca2Zn4Ti16O38:Pr, RE的合成及其发光性质研究 通过在CZT:Pr发光基质中掺杂一系列稀土离子,考察了RE3+种类和浓度对CZT:Pr发光和余辉性能的影响。结果表明:Y3+,La3+,Gd3+,Er3+和Lu3+都分别在不同程度上增强了CZT:Pr的发光性能,其中Lu3+的敏化发光效果最好,并延长了其余辉时间;而掺入Ce3+,Nd3+,Tb3+稀土离子时,却削弱了Pr3+在基质中的发光性能;Eu3+,Sm3+在基质中起到了发光中心作用,CZT:Pr, Eu和CZT:Pr, Sm均呈现Eu3+,Sm3+的特征发光,没有了Pr3+特征发光。 3.Ca2Zn4Ti16O38:RE(RE=Eu3+,Sm3+)的合成、表征和发光性质 分别以Eu3+,Sm3+作为激活剂,采用溶胶-凝胶法制备了CZT:Eu3+和CZT:Sm3+荧光粉。结果表明:Eu3+,Sm3+的掺入没有改变基质的结构和组成。其中CZT:Eu3+能有效地吸收近紫外、蓝光和绿光而转换成红色发光,并表现出一定的长余辉性能。在适量的C粉为气氛环境下制备的CZT:Eu比在空气条件所制备的CZT:Eu更有效地吸收蓝、绿光转换成616 nm为主的长余辉红光发射。


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