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磷钠锶钡石中Sm~(2+)的还原和发光结构研究

作 者: 开卫芳
导 师: 黄彦林
学 校: 苏州大学
专 业: 材料学
关键词: 稀土离子 射线辐照还原 微结构 发光
分类号: O611.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要


稀土离子掺杂的发光材料在发光器件、激光和探测等多种领域得到广泛应用。Sm2+掺杂的发光材料可以实现永久光谱烧孔,对高密度光存储具有潜在的的应用。在照明和显示领域Eu3+是应用最多的红发光激活离子。Sm2+和Eu3+还是很好的结构探针离子,在晶格之中的周围环境对于其发光光谱和衰减影响很大。利用这个特点,可以研究Sm2+和Eu3+离子所处的周围结晶学环境,提供了基质中不同发光中心格位的对称性,进而给出物质结构的详细信息。本论文选择了正磷酸盐作为基质材料,以Sm3+和Eu3+作为激活离子,用高温固相反应法分别制备了Sm3+和Eu3+离子掺杂的磷锶钡钠石(NaSr1-xBaxPO4)、并用X射线辐照法实现了Sm2+离子在磷锶钡钠石和KSrPO4中的还原,研究了Sm2+和Eu3+离子的发光性能,讨论了缺陷和发光性能的内在关联。第三章探讨了不同的锶、钡比对NaSr1-xBaxPO4晶体结构、Sm2+还原效率及其发光性能的影响;通过对荧光光谱的分析,研究了NaSr1-xBaxPO4样品中稀土离子的晶体学环境。结果表明:随着Ba含量的增加,NaSr1-xBaxPO4的晶胞参数和单胞体积逐渐增大,并且伴随着XRD衍射峰向低角度的迁移;随着Ba含量的增加,NaSr1-xBaxPO4中Sm2+离子的还原效率增强,而相应的5D0→7F0发光跃迁的衰减时间减小;Sm2+在NaSr1-xBaxPO4中的结构具有一个强烈扰动的晶体场环境,主要是由Sr(Ba)在晶格中的占位混乱和晶格中由X射线辐照产生的复杂缺陷造成的。第四章探讨了Sm2+离子掺杂KSrPO4的发光光谱、Sm2+离子的晶体学位置和温度对荧光特性的影响。研究表明:Sm2+在KSrPO4的晶格中占据三种不同晶体学结构的阳离子位置。Sm2+离子的发光光谱有一组线状的发光谱线(688-715 nm)与位于650–800 nm处的宽带发射组成,线状光谱来自Sm2+离子的5D0→7FJ (J=0, 1, 2)跃迁,宽带发射则归因于Sm2+离子的5d→4f辐射跃迁。Sm2+离子5D0→7F0的宽带发射跃迁同时也表明Sm2+掺杂的KSrPO4结构具有一个强烈扰动的晶体场环境,主要是由Sr/?K位置占位混乱和基质中Sm2+离子在Sr/?K位置上的复杂取代作用造成的。该结论对于其他稀土离子在KSrPO4中的发光和应用研究具有参考意义。例如,Sm2+和Eu2+离子半径和化学性质近似,可以由此推测出KSrPO4中Eu2+的结晶学位置和发光光谱特点。第五章,用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、傅里叶变换拉曼光谱(FT-Raman)和扫描电镜(SEM)等技术对Eu3+掺杂的NaSr1-xBaxPO4物相组成、结构和晶体形貌进行了表征。探讨了不同晶体结构中Sr/Ba比对晶体结构,发光性能和发光寿命的影响。实验通过对Eu3+的发光特点的表征和研究,分别测试了Eu3+离子的室温激发光谱和发射光谱。研究表明:NaSr1-xBaxPO4属简单六方晶系,所有的振动均来自PO43?阴离子基团;Eu3+占据非反演中心的格位,该材料中阳离子位置具有高度扰动性的特点;Eu3+离子的发光衰减是单指数衰减曲线。随着晶体结构之中钡含量的增加,Eu3+离子5D0→7F2与5D0→7F1的发光强度之比明显增大,说明Eu3+离子在晶格中的对称性明显降低。该高比值,对掺杂材料的发光强度和发光的色度都是有益的。本论文创新点是在NaSr1-xBaxPO4中成功实现了Sm2+在X射线辐照下的还原,并首次报道了稀土掺杂的NaSr1-xBaxPO4微结构、X射线辐照时间和钡含量对Sm2+还原效率的影响;Sm2+离子掺杂的KSrPO4结构特点,Sm2+离子的晶体学位置和温度对样品荧光性的影响。这些对于NaSr1-xBaxPO4和KSrPO4的进一步应用、稀土离子的还原方法的发展都具有参考借鉴和实际应用价值。

全文目录


中文摘要  6-8
Abstract  8-11
1. 文献综述  11-24
  1.1 稀土发光材料  11-13
    1.1.1 稀土发光材料的发展  11-12
    1.1.2 稀土发光材料的优点  12-13
  1.2 Eu~(3+)和Sm~(2+)离子的发光性能  13-18
    1.2.1 Eu~(3+)离子发光特性  13-15
    1.2.2 Sm~(2+)离子发光特性  15-18
  1.3 磷酸盐的性质  18-19
  1.4 X 射线辐照还原法  19-20
  1.5 本论文的特色和创新之处  20
  1.6 参考文献  20-24
2. 实验部分  24-30
  2.1 实验试剂  24
  2.2 实验仪器  24-25
  2.3 稀土掺杂磷酸盐的制备  25
  2.4 测试方法  25-28
    2.4.1 X 射线粉末衍射  25-26
    2.4.2 扫描电子显微镜形貌分析  26
    2.4.3 激发和发射光谱  26-27
    2.4.4 红外和拉曼光谱  27-28
    2.4.5 发光衰减  28
    2.4.6 X 射线辐照  28
  2.5 参考文献  28-30
3. Sm~(2+)掺杂(Ba,Sr)(Na,Sr)_2Na[PO_4]_2 的还原和发光  30-42
  3.1 引言  30
  3.2 Sm~(2+)掺杂的(Ba,Sr)(Na,Sr)_2Na[PO_4]_2 的制备  30-31
  3.3 结果与讨论  31-39
    3.3.1 晶体形貌分析  31-32
    3.3.2 XRD 表征  32-34
    3.3.3 Sm~(2+)的X 射线辐照还原分析  34-36
    3.3.4 荧光光谱分析  36-37
    3.3.5 Sm~(2+)离子的发光寿命  37-39
  3.4 小结  39
  3.5 参考文献  39-42
4. KSrPO_4 中Sm~(2+)离子的还原、发光和微结构  42-55
  4.1 引言  42
  4.2 Sm~(2+)掺杂的KSrPO_4 的制备  42-43
  4.3 结果与讨论  43-53
    4.3.1 XRD 表征  43
    4.3.2 荧光光谱分析  43-48
    4.3.3 Sm~(2+)的发光性的热稳定性能  48-49
    4.3.4 发光寿命  49-50
    4.3.5 Sm~(2+)掺杂的KSrPO_4 的微观结构  50-53
  4.4 小结  53
  4.5 参考文献  53-55
5. Eu~(3+)掺杂的磷钠锶钡石的结构特征和发光性能  55-72
  5.1 引言  55
  5.2 Eu~(3+)掺杂的磷钠锶钡石的制备  55-56
  5.3 结果与讨论  56-69
    5.3.1 XRD 表征  56-60
    5.3.2 形貌分析  60-61
    5.3.3 FT-IR 和FT-Raman 表征  61-63
    5.3.4 荧光光谱分析  63-67
    5.3.5 发光寿命分析  67-69
  5.4 小结  69
  5.5 参考文献  69-72
6. 全文总结  72-74
攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文  74-75
致谢  75-76

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 化学元素与无机化合物 > 性质
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