稀土掺杂多硼酸盐荧光性能研究

作     者：齐雨轩 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丛日红

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：三价稀土 多硼酸盐 光致发光 能量传递 

摘      要：三价稀土离子具有丰富的能级,并且在作为发光中心时电子跃迁方式包含f-f、f-d以及电荷迁移三种,因此稀土掺杂的发光材料激发和发射光谱可以覆盖红外、可见甚至到紫外区,被广泛应用于生产和生活的各个领域。稀土掺杂发光材料的发光性质不仅取决于掺杂离子的种类,而且高度依赖于基质结构,因此选择一种合适的材料作为基质也尤为重要。硼酸盐由于其结构丰富多样,常具有良好的物理化学性质,是一类非常重要的光学功能材料。因此我们选择硼酸盐作为基质材料,三价稀土Eu、Ce、Tb以及Dy作为发光中心,研究其光致发光性能。主要研究内容和成果如下:1.采用硼酸熔融法制备了YEu[BO(OH)]系列样品,并采用单晶X射线衍射确定了通过Eu[BO(OH)]晶体结构。粉末X射线衍射数据的Le Bail拟合结果证明Eu掺杂成功。YEu[BO(OH)]样品在加热时会重结晶生成TD-α-YEuBO,溶胶-凝胶法也可成功制备SG-α-YEuBO。我们系统研究了YEu[BO(OH)]和α-YEuBO的光致发光性能。YEu[BO(OH)]体系以橙光发射为主,而α-YEuBO在CT激发时可发射明亮红光,这表明α-YBO是掺杂Eu离子的良好基质。2.采用溶胶-凝胶法制备了β-LaCeTbBO和β-LaCeDyBO系列荧光粉。并通过XRD数据的Le-Bail拟合确认所合成的样品都为纯相。光致发光光谱测试结果表明Ce到Tb和Dy都存在有效地的能量传递,Ce到Tb与Dy能量传递效率分别高达81%与75.47%,能量传递方式都以偶极-偶极相互作用为主。3.采用高温固相法合成了LiSr(YEu)(BO)、LiSr(YTb)(BO)和LiSr(YTbEu)(BO)系列固溶体荧光粉。LiSr(YEu)(BO)在近紫外波段激发下发射明亮红光,是近紫外白光LED的优质红色荧光粉;LiSr(YTb)(BO)在近紫外激发下发射明亮绿光。LiSr(YTbEu)(BO)在365nm激发下的发光颜色随着Eu掺杂浓度的增加由明亮绿光经过黄光区最终变为明亮红光,实现了单一基质的颜色可调。此外,LiSr(YTbEu)(BO)中Tb到Eu的能量传递效率高达96%,能量传递机理为四极-四极的相互作用。4.采用高温固相法合成了PbYEuBO,PbYEuGdBO和PbYTbBO系列荧光粉,并且通过XRD确认所有样品均为纯相。光致发光性能测试结果表明PbYEuBO体系样品发射明亮红光,并且随着Eu掺杂浓度的增加,样品的红橙比会持续增加,说明Eu的配位环境由中心对称变为非中心对称。由于Gd的离子半径和Eu比较接近且都大于Y的,因此PbYEuGdx BO体系与PbYEuBO有着相似的发光特性。此外,PbYTbBO中Tb的配位环境随着Tb含量的增加而变化,主要表现在发射光谱中青绿光和绿光的比值也会发生变化。