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稀土离子掺杂钨酸锶发光材料的制备与性能研究

发布时间:2020-11-15 10:12
   稀土发光材料具有发光亮度高、余辉时间长、发射光波长可调、无辐射无污染等优异性能特点,是新一代的发光材料,成为了国内外发光材料的研究热点。目前,这种材料的应用非常广泛,如交通指示牌,紧急照明设备,汽车仪表显示盘和发光涂料等领域。钨酸盐具有原料丰富、制备手段简单、适应性强、晶体结构稳定、成分易于调整、热稳定性及化学稳定性好等特点,是稀土发光材料理想的基质材料。钨酸盐基发光材料不仅发射光谱丰富,还可以对光谱的位置及强度进行调控。然而随着研究的深入,对发光材料的性能提出了新的要求。因此,进一步研究新型钨酸盐基稀土发光材料的制备方法、光谱特性以及光谱调控具有重要的意义。本文采用共沉淀法制备出了SrWO_4: Dy~(3+)荧光材料、SrWO_4:Pr~(3+)发光材料以及SrWO_4:Eu~(3+), Dy~(3+)双掺杂发光材料。并通过单因素实验法对制备工艺条件进行了优化,得到了最佳制备工艺条件。其研究工作主要包括以下三个方面:1.采用简单的共沉淀法成功的制备出SrWO_4: Dy~(3+)荧光材料。所制备的样品通过各种分析手段进行表征。结果显示:所制备的钨酸锶发光材料是四方晶相白钨矿结构且呈现球状微粒。通过激发光谱发现,SrWO_4: Dy~(3+)发光材料在紫外和近紫外波长下可以有效地被激发。当SrWO_4中 Dy~(3+)掺杂量为5%,焙烧温度为800℃时,SrWO_4: Dy~(3+)发光材料的发光强度达到最大。其中SrWO_4: Dy~(3+)发光材料在254nm波长下激发,发射谱上有三组主要的特征发射峰,分别位于波长在470nm、484nm(蓝色)、572nm(黄色)和661nm(红色),对应于 Dy~(3+)离子的(~4F_(9/2)→~6H_(15/2)),(~(~4F_(9/2))→~6H(13/2)) and(~(4F9/2)→~6H_(11/2)))跃迁。因此,通过改变 Dy~(3+)掺杂浓度和焙烧温度有望制备出具有白光LED的材料。2.通过共沉淀法,在室温条件下制备出一系列具有荧光性能的SrWO_4:Pr~(3+)材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS),荧光光谱仪等测试手段研究了不同Pr~(3+)掺杂量和焙烧温度下发光材料的微光结构和发光性能。结果表明:所制备的样品均为四方晶相白钨矿结构且呈现球状微粒。当Pr~(3+)掺杂量为7%,焙烧温度为900℃,发光强度达到最大,其主发射峰位于615nm(3P0→3H6)和644nm(3P0→3F2)处。此外,随着焙烧温度升高,发光材料发生了热猝灭现象。因此,SrWO_4:Pr~(3+)发光材料有潜力发展成为UV-LED作为芯片的红色发光二极管。3.采用简单的共沉淀法成功地制备出SrWO_4:Eu3+, Dy~(3+)双掺杂发光材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、荧光光谱仪等测试手段对所制备样品的结构、形貌及其发光性能进行了表征。结果表明:所制备的样品均为四方晶相白钨矿结构且呈现球状微粒。通过改变 Dy~(3+)掺杂量和温度来研究SrWO_4:Eu~(3+), Dy~(3+)的发光性能。结果显示,稀土 Dy~(3+)的最佳掺杂浓度为3%,最佳焙烧温度为800℃。此外,SrWO_4:Eu~(3+), Dy~(3+)发光材料的发射颜色通过掺杂 Dy~(3+)可以实现从白光到近黄光转换。因此,SrWO_4:Eu~(3+), Dy~(3+)发光材料在荧光灯和场发射显示器方面具有潜在的应用。
【学位单位】:陕西科技大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2015
【中图分类】:TQ422;TQ132.33
【部分图文】:

稀土离子,跃迁,能级,镧系元素


陕西科技大学硕士学位论文镧系元素的电子层结构可以表示为:1s2s22p63s23p63d104s24p64d104fn5s25p65dm6s2n=1~14,m=0、1,或者[Xe]4f0~145d0~16s215 个镧系元素最外层和次外层电子都填充到 6S2和 5S25P6,5d 轨道上只有一个电子或没有电子。根据泡利不相容原理,一个原子轨道上不能有四个量子数一模一样的两个电子,4f亚层电子由镧(La)到镥(Lu)逐渐开始充填,电子从 0 个依次填充到 14 个。虽然钪[Ar]3d14s2和钇[Kr]4d15s2不存在 4f 电子,但是最外层有(n-1)d1ns2的电子层构型,与镧系元素的化学性质相似,所以将钪和钇归属到了稀土元素系列。具体稀土元素的电子构型排布如表 1-3 所示。1.2.3 稀土离子能级跃迁和光谱特性

衰减曲线,色坐标,发光材料


的形式表现出来,通过激发光的照射,可得到发射光谱。通过发光光谱,可以容易的找出发光材可以推断发光材料是否发生量子效应,还有掺杂征峰是否发生了分裂和能量传递现象等。命衰减曲线[61-63]发光材料后,其发光现象会持续一会儿,但其发一般持续时间会少于 10-8s,发生衰减的原因不杂离子所处的环境有关系。大多数发光材料激发形式进行衰减,即:I=I0e-αt=I0e-t/τ应的发光强度,I0是刚停止激发的发光强度,α 子在激发态的平均寿命。较复杂,其磷光寿命衰减曲线是双指数衰减形式I=I10e-α1t+I20e-α2t(chromaticity coordinate)

示意图,掺杂量,样品,硕士学位论文


陕西科技大学硕士学位论文图 2-5 600℃,不同 Dy3+掺杂量样品的发射光谱Fig 2-5 600℃, Emission spetra of samples with Dy3+different dopping amount300 350 400 450 500 550 600 650 7000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.1%0.5%1%2%9%ntensiIty(PS)Cλ/nm5%Dy3+掺杂量
【参考文献】

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