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Dy~3+离子激活的几种典型正交晶系不同结构稀土氧化物的UV-VUV光致发光性能研究

苟婧  
【摘要】: 对于给定的某发光中心,在不同基质中它的发光行为是不同的,这取决于其晶体结构。在七个晶系中,只有在正交晶系(Orthorhombic)中能够同时出现四类点阵。因此正交晶系的氧化物能够具有丰富的晶体结构而适合作为一类基质材料被系统地研究。稀土元素具有丰富的能级结构和激发方式,已经被广泛的用于发光领域。其中Dy3+离子在可见光区呈现了两种主要发射,它们均是从4F9/2能级开始的,即4F9/2→6H15/2 (470 nm~500 nm)和4F9/2→6H13/2 (570 nm~600 nm),后者的△J=2,属于超灵敏跃迁。Dy3+总的发射常常近于白色,但当基质晶格中的超灵敏跃迁占主导时发射略偏黄色。通过调节这两个发射峰强度的比率能够使其直接发射白光,因此Dy3+离子很适合作为照明用发光材料的发光中心离子。本文以Dy3+离子掺杂的正交晶系不同结构的氧化物为研究对象,一方面考察其应用于无汞荧光灯方面真空紫外(VUV)区域发光特性,另一方面对其应用于LEDs方面紫外(UV)区域发光特性做了详细的研究。同时,也通过漫反射光谱,基质晶体的电子结构计算以及能量传递等机理方面的研究进一步地对相同的发光中心Dy3+离子在不同的晶体结构中的发光性质做了详细的研究和比较对照,通过实验与理论的结合对这些发光材料发光性质与晶体结构的关系进行了归纳和评价。 对Dy3+离子激活的几种典型正交晶系不同结构的发光材料SrB4O7:Dy3+,Zn2+, KSrPO4:xDy3+,yLi+ (0≤x≤5%, 0≤y≤1.5%), KZnPO4:xDy3+ (0≤x≤3%) Zn1-x-yDyxAlyNb2O6 (2%≤x≤13%, 2%≤y≤13%), CaIn2O4:xDy3+,yM (M=Zn2+,Gd3+,Al3+) (0.2%≤x≤1%), (0≤y≤0.6%)在UV-VUV区域发光性质的研究表明:(1)在真空紫外激发下SrB4O7:Dy3+具有良好的发光性质,并且随着Dy3+掺杂浓度的变化,其色坐标可以实现方便的调整;由于Zn-O的吸收带位于365 nm附近,因此在紫外光365 nm激发下,通过Zn2+离子的掺杂可以提高SrB4O7:Dy3+|的发光强度,并且通过调整Zn2+离子的浓度可以方便的调整其色坐标;由于SrB4O7:是一种自还原基质,可以将Eu3+离子在空气中还原为Eu2+离子,本论文通过掺入Gd3+离子,将贡献于不可见的Eu2+离子发光的能量转移给红光发射的Eu3+离子发光,进而提高了Eu3+离子的发光效率,首次实现了三个离子之间的能量传递。(2)通过对ABPO4:Dy3+ (A=K+;B=Sr2+,Zn2+)发光材料发光性质的研究,发现KSrPO4:Dy3+在真空紫外激发下呈现良好的发光性质,其最佳发光样品KSrPO4:3%Dy3+的色坐标为(0.364,0.395),呈略微发黄的白光,在紫外激发下,通过Li+离子的掺杂可以实现电荷补偿,能够大大增强KSrPO4:Dy的发光强度,最佳发光样品KSrPO4:3%Dy3+,1.3%Li+的色纯度为(0.377,0.418),呈略微发黄的白光;通过不同波长激发KZnPO4:Dy3+,在其发射光谱中可观察到Zn2+离子空位以及间隙Zn+离子组成的自激活中心的发光。(3)在ZnNb2O6:Dy3+发光材料中,通过Al3+离子的掺杂使能量从ZnNb2O6的CTS转移到Dy3+的特征跃迁峰,进而改善Dy3+特征跃迁呈线状发射的缺陷。(4)在CaIn2O4:xDy3+发光材料中,通过共掺入Zn2+,Gd3+和Al3+离子,可增强其发光强度,并且能改变其色纯度。(5)通过对BaZr(BO3)2:Eu3+发光性质的研究,进一步了解了不同能量激发氧化物不同格位中的Eu3+离子的发光性质的差异,从而使我们对格位选择激发现象有了更深的理解。并且通过对BaZr(BO3)2电子结构的计算,进一步验证了我们的实验结果,使我们对其发光性质的研究更加的深入。


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