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稀土掺杂凝胶基质发光材料的制备及性能研究

胡晓云  
【摘要】:本文以SiO_2、TiO_2为基质,以稀土Eu、Dy、Tb为激活剂,采用溶胶-凝胶技术制备了一系列稀土单掺、共掺杂的干凝胶发光材料及发光薄膜。利用XRD、XPS、AFM、FT-IR、TGA-DSC、UV-vis和PLE、PL光谱等现代分析技术,对发光材料的特性进行了表征,研究了材料的发光性质与影响因素及发光机理。旨在探寻制备实用、价廉、性能良好的高效新型荧光材料。 1.研究了硼离子、退火温度对Eu~(3+)发光性能的影响。发光体能产生很强的红色发光,有6条谱带,分别归属于Eu~(3+)的~5D_0→~7F_J(J=0,1,2,3,4)的电子跃迁,~5D_0→~7F_1的跃迁分裂为两个峰,并以Eu~(3+)的~5D_0→~7F_2(618nm)超灵敏跃迁为最强一组,证明制备的Eu掺杂SiO_2体系中Eu~(3+)格位处于非对称中心场;加入B离子,在材料中形成了Si-O-B键,使Eu~(3+)配位环境的对称性降低,加强了Eu~(3+)的红光发射,随着硼酸加入量增加(H_3BO_3:TEOS=(0.1~0.8):1)Eu~(3+)的发光增强;650℃为最佳退火温度,退火温度主要影响Eu~(3+)的发光强度和各跃迁的分裂程度,对主峰位置影响不大。 在空气气氛热处理条件下没有任何前驱过程,成功制备了Eu~(2+)离子掺杂SiO_2为基质主体的干凝胶发光材料,研究了SiO_2基质中Eu~(2+)的发光特性及其发光机理。850℃退火样品在370nm~550nm范围有很强的Eu~(2+)蓝光宽带发射,SA基质样品发射中心在437nm,而SAB基质样品发射中心蓝移到423nm,SA基质样品的发光强度几乎是SAB基质强度的4倍。发现只有在掺Al基质样品中才有Eu~(2+)的蓝光发射,Eu最佳掺杂浓度为0.2%,基质成分最佳配比为TEOS:EtOH:H_2O=1:2:4。 2.首次发现了Dy单掺SiO_2基质中Dy~(3+)离子的上转换发射光谱,认为在485nm和589nm附近蓝/黄荧光上转换发光过程是步进双光子吸收的激发态吸收(ESA)。Eu,Dy共掺样品Eu~(2+)的发射强度比Eu单掺样品增强90%多,首次提出了与以往不同的Eu~(2+)发光增强机理,认为Eu~(2+)发光增强是由于Dy~(3+)→Eu~(2+)的能量传递,根据能量传递理论论证了其机理可能为多极子相互作用的共振传递,给出了能量传递的可能途径模型。 系统研究了退火温度、退火时间、掺杂浓度、干燥气氛、基质成分等条件对


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