Al2O3稀土掺杂方法及发光性质的研究

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稀土元素及过渡金属元素掺杂的Al2O3陶瓷粉末材料,具有优良的物理和光学性能,被广泛应用到辐射剂量检测和荧光跟踪监测等方面。本文以 Al2O3为基质,采用化学燃烧合成法制备了Al2O3:Eu,Al2O3:Eu:Tb及Al2O3:Cr发光陶瓷材料。通过 SEM、XPS、XRD、荧光光谱等研究手段对样品进行测试和表征,研究掺杂浓度和退火温度对掺杂前后光致发光特性的影响,确定最佳的掺杂条件。  以硝酸铝、硝酸铕为原料制备的Al2O3:Eu陶瓷粉末,实验结果表明:Eu离子存在两个价态,即Eu3+、Eu2+离子。退火前后样品形貌均为微米片状。随着退火温度的升高,样品的结晶度增强,且最佳结晶浓度为0.055mol%。Al2O3:Eu陶瓷粉末以398nm的激发波长激发,在592nm,618 nm左右存在Eu3+的特征发射峰。随着退火温度的升高,发光峰位未发生变化,发光强度先升高后降低,且最佳退火温度为900℃。随着掺杂浓度的增加,发光强度先增加后减小,且最佳掺杂浓度为0.055mol%。  以硝酸铝、硝酸铕、硝酸铽为原料制备的Al2O3:Eu:Tb陶瓷粉末。研究结果表明:掺杂后样品中同时存在Eu3+,Tb3+,Eu2+三种稀土离子,出现了红、绿、蓝三色光。固定Eu3+离子的掺杂浓度为0.04mol%不变,改变Tb3+离子的掺杂浓度,经过800℃退火后Eu,Tb共掺杂的Al2O3陶瓷粉末光致发光曲线表明:Eu3+离子在592nm,618nm,653nm,705nm处的发光峰强度随着Tb3+离子掺杂浓度的增加而增强。然而, Tb3+离子在545nm的发光峰随着Tb3+离子掺杂浓度从0.14mol%到0.17mol%的增加,发光强度减弱。  以硝酸铝、硝酸铬为原料制备的Al2O3:Cr陶瓷粉末,得到样品为片状。用波长694 nm的发射波长监测得到激发谱中,有两条宽的谱带,其峰值位于426nm和570nm,分别对应于Cr3+的4A2(4F)→4T1(4P)和4A2(4F)→4T2(4F)跃迁。在发射光谱中可以看到Cr3+的2E→4A2跃迁,峰值位于694 nm。Cr3+的最佳掺杂浓度是0.02mol%。
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