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稀土发光材料是稀土功能材料研究的重要方向之一,其制备与应用具有重要的意义。近年来,稀土氧化物和稀土离子掺杂的氧化物等发光材料受到人们的日益关注。
在本论文中,我们采用液相合成法制备了铝酸锶、氧化钇、硼酸钇等发光材料,研究了材料的形貌、结构特征以及稀土铕离子掺杂后的发光性能,探讨了材料结构与发光性能间的联系,并对材料结构的形成机理进行了分析。
1.开发了前驱体预烧—共沉淀新工艺制备SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发光材料,考察了SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的结构、形貌与发光性能。研究表明预烧处理工艺能够促进硼酸在基质中均匀分散,从而更好地发挥助熔剂作用,使得到的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+材料结晶程度显著提高,最终SrAl2O4:Eu2+,Dy3+材料在室温紫外激发下的初始发光强度显著增强。研究表明发现加入硼酸后促进了基质从单斜相SrAl2O4到斜方相Sr4Al14O25的转变,发光峰由520nm蓝移至490nm。相转变导致基质中Eu2+周围产生大量的氧空位使SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的发光强度得到显著增强。当硼酸添加量为30%时,预烧处理的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的发光强度高出未预烧处理的3倍多。在基质中引入锌得到了ZnxSr1-xAl2O4:Eu2+,Dy3+发光材料,发现加入的锌能够改善样品的结晶程度。改变锌的加入量(x=0,0.2,0.4,0.6,1.0),可调节所得材料的发光强度。当锌的加入量为20%时,Zn0.2Sr0.8Al2O4:Eu2+,Dy3+的发光强度最高。
2.采用水热法制备了一系列特殊形貌的Y2O3:Eu3+材料,研究了水热条件、有机模板剂、溶剂、热处理等因素对形成材料结构、形貌及性能的影响。以六亚甲基四胺(HMT)为模板制备了由纳米片组装的球形Y2O3:Eu3+超结构,尺寸为10-20μm,薄片厚度为50nm,部分薄片分散组装成为花状。利用扫描电镜及高分辨透射电镜研究了该超结构的形成机制。在紫外激发下,得到的Y2O3:Eu3+在612nm处发射出显著的红光发射。在无模板情况下制备了具有领结状形貌的Y2O3:Eu3+超结构,长度约为50μm,宽度为20μm。研究发现得到的领结状Y2O3:Eu3+超结构是氧化钇立方颗粒取向组装构成。考察了领结状Y2O3:Eu3+超结构的形貌演变过程,发现当水热反应进行至10h至11h时即发生了从球形颗粒到领结状形貌的转变,并提出了领结状Y2O3:Eu3+超结构的形成机理。由柠檬酸三钠作为晶型调节剂制备了粒径可控的Y2O3:Eu3+微球,并对其结构、形貌及荧光性能进行了研究。研究发现通过调节晶型调节剂柠檬酸三钠的添加量或溶剂种类均可实现其粒径从微米到纳米级的调控。
3.采用水热法制备了均匀分散的具有花球状形貌的YBO3:Eu3+超结构,微球尺寸为1-2μm,组装成花球的薄片厚度约100nm;利用高分辨透射电镜、扫描电镜等手段对其结构、形貌进行了系统研究,并提出了其形成机理:在水热过程中生成的YBO3晶核在
在模板HMT的调节下各向异性生长为二维片状,并最终自组装成为花球状超结构。研究发现得到的YBO3:Eu3+在612nm表现出显著的红光发射,及由于Eu3+附近晶体场对称性降低,样品表现出较高的红光/橙光(R/O)比率。
4.分别以柠檬酸三钠与乙二胺四乙酸二钠为软模板,采用水热法制备了具有六方管状和六方棱柱结构的NaYF4:Eu3+材料。研究表明模板剂阴离子Cit3-或EDTA4-在形成的NaYF4:Eu3+晶面上的选择性吸附会抑制其晶面的生长速率,当吸附在六方相NaYF4晶核的(10-10)晶面上时将致使其沿着[0001]方向生长为一维的六方棱柱。研究发现在其荧光光谱中存在一系列位于橙、红光区域的发射峰,最强的位于615nm的红光发射源自于Eu3+的5D0-7F2跃迁。