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α-srgabo4:xMn2+和CeO2:0.05Eu3+,M2+(M=Ca,Sr,Ba)的发光性质研究

α-SrGaBO4:xMn2+和CeO2:0.05Eu3+,M2+(M=Ca,Sr,Ba)的发光性质研究

引用

作者：陈宇菲云南师范大学

学位级别：硕士

发光材料是实际生活中运用最广泛的功能材料之一,如何改善发光材料的发光性能,一直都是各国研究者们的研究热点。基质和激活剂是无机固体发光材料的主要组成部分,其中基质是最主要部分,一些化合物作为发光材料的基质,其本身也具有适当... 详细信息

发光材料是实际生活中运用最广泛的功能材料之一,如何改善发光材料的发光性能,一直都是各国研究者们的研究热点。基质和激活剂是无机固体发光材料的主要组成部分,其中基质是最主要部分,一些化合物作为发光材料的基质,其本身也具有适当的带隙或缺陷,可以产生自发光现象。对于这种自发光材料的研究,尤其是自发光现象产生的原因,近年来受到越来越多的关注。相对于基质的含量而言,激活剂的掺杂量是微量的,但它却是发光中心的主要组成部分,对发光材料的发光性能起决定性作用,因此,改善发光材料发光性能的关键在于提高激活剂离子或基团的发光效率。本论文采用高温固相法合成了α-srgabo:xMn(x=0,0.001,0.002,0.003,0.004,0.005,0.006)系列发光材料,研究并解释了α-srgabo的自发光现象,分析了Mn的掺杂对α-srgabo发光性能的影响,以及Mn与α-srgabo基质的能量传递机理。分别采用高温固相法和微波辅助固相法合成了α-srgabo自发光材料,讨论了微波辅助固相法对α-srgabo自发光材料合成条件、产物形貌和发光强度的影响。采用高温固相法合成了CeO:0.05Eu,0.05M(M=Ca,Sr,Ba)荧光粉,以及CeO:0.05Eu,xCa(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)系列发光材料,系统研究了碱土金属离子共掺杂对CeO:0.05Eu荧光粉发光性能产生的影响。具体研究内容如下:1.采用高温固相法合成α-srgabo基质,荧光光谱表征显示,该基质存在自发光现象,在波长408 nm的光激发下,会出现明显的宽带发射峰,特征峰值在40 nm。进一步研究表明,在α-srgabo晶体的内部存在氧缺陷和两种不同的电子陷阱深度。因此,α-srgabo基质的自发光现象产生的原因是电子-空穴对之间的复合,即α-srgabo晶格中的氧空位吸收价带上的空穴后形成能量较低的能级,这些低能级上的空穴与电子重新组合,以发光的形式释放能量,产生荧光。2.采用高温固相法合成了α-srgabo:xMn(x=0,0.001,0.002,0.003,0.004,0.005,0.006)系列发光材料。XRD结果表明,所合成的样品均为正交晶系。通过实验研究Mn的掺杂浓度与α-srgabo:xMn体系发光强度的关系,发现当Mn掺杂浓度x=0.003时发光强度最强,这是因为在α-srgabo:xMn体系中,Mn处于四面体晶体场,其发光范围与α-srgabo的特征发射峰范围(50075 nm)重叠,因此,适量Mn的掺杂会使样品的发光强度明显增强;继续增加Mn的浓度,α-srgabo:xMn体系会由于最邻近的Mn与Mn离子间的能量转移而导致浓度淬灭现象,使荧光强度明显减弱。根据漫反射光谱分析可知,Mn的[A(G)+E(G)]上层能级处于α-srgabo基质的导带内部,说明在α-srgabo:xMn体系中,α-srgabo基质与Mn之间可通过导带发生能量传递;并且随着Mn掺杂量的增多,荧光寿命却逐渐下降,进一步表明在α-srgabo:xMn体系中,发生的是Mn→α-srgabo基质的能量传递。3.分别采用高温固相法以及微波辅助固相法合成了α-srgabo自发光材料。研究表明,微波辅助固相法反应温度更低,合成时间也更短。XRD结果显示,两种方法均能合成出纯相的α-srgabo,属于正交晶系。SEM分析可看出,相比于高温固相法,微波辅助固相法合成的α-srgabo粒径更小,团聚现象也明显改善。荧光光谱和荧光寿命测试显示,微波辅助固相法所制备的α-srgabo的发光强度更强,荧光寿命也更长。4.采用高温固相法合成了CeO:0.05Eu,0.05M(M=Ca,Sr,Ba)系列荧光粉。XRD结果表明,样品均为立方晶系。SEM表征可看出,所合成的产物呈近似球形,并且Ca,Sr,Ba的掺杂均使样品的晶粒尺寸增加,当共掺杂离子为Ca时晶粒尺寸最大。荧光光谱表征显示,在375和467 nm激发下,CeO:0.05Eu,0.05M(M=Ca,Sr,Ba)系列样品均可获得Eu的D→F和D→F特征跃迁发射。研究发现,碱土金属离子(Ca,Sr,Ba)共掺杂的样品比未共掺杂的样品发光强度强,荧光寿命也更长,并且当共掺杂离子为Ca时,发光强度最强。5.采用高温固相法合成了CeO:0.05Eu,xCa(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)系列荧光粉。研究发现,当x=0.10时,Eu的D→F和D→F特征跃迁发射强度达到最强,荧光寿命也最长,并且CeO:0.05Eu,xCa体系的发光颜色与Ca的掺杂量x有关:当x≤0.10时,随着Ca浓度的增大,样品的发光颜色越来越趋近于橙红色区域;当x>0.10时,发光颜色开始趋向于橙黄光区域。

关键词： α-srgabo4 Mn2+掺杂 CeO2 碱土金属和Eu3+共掺杂高温固相法微波辅助固相法电子缺陷自发光发光性质

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