Pr3+和Tb3+的4fn-15d组态到Gd3+的4f7组态的能量传递以及基质敏化的研究

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真空紫外光激发稀土发光材料主要应用于等离子体显示器和无汞荧光灯。近些年,为了获得新型高效的真空紫外光激发稀土发光材料,关于稀土离子4fn-15d组态从理论到实验都开展了大量研究。能量传递在提高稀土发光材料发光效率方面起着非常重要的作用,而有关稀土离子高能态的能量传递研究相对较少。稀土离子4f-15d组态对真空紫外光具有较强的吸收,因此,研究4fn-15d组态到发光中心的能量传递对于提高发光材料在真空紫外光激发下的发光效率有重要意义。本论文的主要研究内容及结果如下:  1.重点研究了(La,Gd)PO4∶Tb3+在真空紫外光激发下的发光性质及Tb3+和Gd3+两种稀土离子之间的能量传递过程。因寿命较短Tb3+4f75d态到其它离子的能量传递鲜有报道。通过研究不同条件下(La,Gd)PO4∶Tb3+的激发光谱、发射光谱以及衰减曲线,我们发现Tb3+4f75d态到Gd3+存在能量传递,并且随着Gd3+浓度的升高,传递效率不断增大。并计算了Gd3+浓度为99mol%时,Tb3+4f75d到Gd3+的能量传递效率为73%。另外,发现当Gd3+浓度较低时,在Tb3+4f75d态激发下,Gd3+6P7/2态的寿命比在Gd3+6IJ态激发下的要短;但随着Gd3+浓度的提高,不同激发下的衰减的差别逐渐缩小,当Gd3+浓度为30mol%时,衰减趋于一致。主要原因是在Tb3+4f75d激发下,发光的Gd3+周围除了随机分布的Tb3+之外,在近邻还有一个将激发能传递给Gd3+后回到基态的Tb3+;随着Gd3+浓度的升高,Gd3+之间发生了能量迁移,从而使不同离子激发下发光Gd3+周围Tb3+的分布趋于一致。对不同离子激发下的能量传递过程建立了物理模型,并对实验数据进行了拟合。  2.在K2GdF5∶Pr3+中,Pr3+4f5d态底位于1S0态的下方,Pr3+4f5d态到Gd3+6IJ/6DJ态存在高效的能量传递。当Eu3+共掺入K2GdF5∶Pr3+后,Pr3+4f5d态将激发能通过Gd3+传递给Eu3+,Gd3+在能量传递过程中起到了重要的中间体的作用。当Eu3+浓度为5.0mol%时,计算得到Gd3+到Eu3+能量传递效率为96.6%。并发现Eu3+5D2,3态的寿命随着Pr3+浓度的升高不断减小,而5D0,1态的寿命保持不变,提出了Pr3+与Eu3+之间潜在的交叉弛豫能量传递途径。同时利用计算机模拟了在Pr3+4f5d和Gd3+6IJ激发下发光的Eu3+周围Pr3+的概率分布。发现由于K2GdF5中Gd3+格位具有一维链状结构,导致在Pr3+4f5d激发下发光的Eu3+周围Pr3+在小于10nm范围内的概率分布大于Gd3+激发时Pr3+的概率分布,导致Pr3+和Eu3+之间交叉弛豫速率更大,从而解释了Pr3+4f5d激发下Eu3+5D0,1/5D2,3发光强度积分比值大于Gd3+激发下比值的原因。  3.研究了Na3Y(BO3)2∶Tb3+和Na3Gd(BO3)2∶Tb3+中基质到Tb3+的能量传递过程。两种材料中均存在基质到Tb3+的能量传递。在Na3Y(BO3)2∶Tb3+中,基质激发能直接传递给Tb3+;而在Na3Gd(BO3)2∶Tb3+中,基质激发能主要先传递给Gd3+再传递给Tb3+。另外,发现Tb3+4f75d到Gd3+也存在能量传递。在基质激发下,Na3Gd(BO3)2∶10mol%Tb3+的相对发光效率要高于Na3Y(BO3)2∶10molTb3+(此浓度下均未发生浓度猝灭),表明Gd3+在基质到Tb3+的能量传递过程中起到了重要的桥梁作用,提高了基质到Tb3+的能量传递效率。  4.主要研究了Ba3Gd(PO4)3∶Eu3+中O-Eu电荷迁移态,Gd3+和Eu3+之间的能量传递过程。首先,观察到了O-Eu电荷迁移态到Gd3+的能量传递。另外,Gd3+到Eu3+也存在能量传递,并得到了Gd3+6P7/2的发光寿命及Gd3+到Eu3+能量传递效率随Eu3+浓度的变化曲线。随着Eu3+浓度的升高,Gd3+到Eu3+的传递效率不断增加,当浓度为15.0mol%时,传递效率为96.8%。随着Eu3+浓度的升高,Eu3+5ID0态的寿命一直保持在~3 ms,猝灭浓度大于15mol%。
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