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Gd_2O_3:Sm及Bi~(3+)，Na~+掺杂Gd_2O_3:Sm纳米晶的光致发光性能研究

作　者: 刘广生
导　师: 张伟风
学　校: 河南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: Gd2O3 Sm纳米晶 Bi3+ Na~+ 能量转移荧光增强
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

由于纳米稀土荧光材料具有低电压大电流下的高亮度和高效率,性能稳定及粒度均匀、分布窄等优点,使得纳米稀土发光材料已广泛应用到发光、光信息传输、荧光标记等领域。纳米荧光材料尤其在提高光学显示器件空间分辨率方面有着独特的优势,使得其在场发射器件,等离子体平板显示,阴极射线管和各种平板显示器上的应用成为可能,因此,近年来有关纳米稀土发光材料的研究已引起广泛的关注和兴趣。但由于纳米颗粒表面态的猝灭效应,其发光效率往往会随着尺寸的减小而降低,从而影响纳米稀土发光材料在提高光学显示器件空间分辨率方面的实际应用。在荧光材料中掺杂其他离子是提高某些荧光粉发光强度和效率的有效手段,本论文在讨论了Gd2O3：Sm纳米晶的光致发光特性的基础上,主要研究了BiB3+离子和Na+离子掺杂对Gd2O3：Sm纳米晶的光致发光特性的影响,取得了一些有意义的结果。1.以柠檬酸作燃烧剂采用燃烧合成法制备了Gd2O3：Sm纳米晶,用X射线衍射仪、透射电子显微镜、紫外-可见-近红外吸收光谱仪、荧光分光光度计等对Gd203：Sm纳米晶的结构、形貌和发光性能进行了分析。结果显示均得到了纯立方相的Gd2O3：Sm纳米晶,平均晶粒平均尺寸约为28.2nm。在室温下分别研究了样品在275 nm激发时的发光性质和980 nm激发光激发时的上转换发射特性,均观测到了Sm3+离子的强荧光发射,其主发射峰位置在603.5 nm处(Sm3+的4G5/2→6H7/2跃迁)。并分析和讨论了Sm3+离子的浓度、退火温度、柠檬酸与稀土离子配比(C/M)对Gd2O3：Sm纳米晶发光性质的影响。2.燃烧法制备了不同Bi3+掺杂浓度,不同退火温度的Gd2O3:Sm,Bi纳米晶,掺Bi3+和未掺Bi3+样品的发射谱具有相似的形状,都表现出Sm3+的特征发射,Gd2O3:Sm,Bi纳米晶在603.5 nm处Sm3+的特征发射峰强度显著增强且与Bi3+掺杂浓度有关。分析认为,由于Bi3+对紫外光有很强的吸收并且吸收的能量向Sm3+转移的几率较大,导致Sm3+的发射强度显著提高。当Bi3+的掺杂浓度较大时,多个Bi3+可能形成团聚体,这些团聚体充当捕获中心而无辐射的分散吸收的能量,使得Bi3+离子对Sm3+离子的敏化效率显著减小,发光强度降低。3.燃烧法制备了Na+掺杂浓度不同的Gd2O3:Sm,Na纳米晶,在光谱测量中观测到Na+的引入使得Sm3+的特征发射强度增加。分析讨论了增强的可能原因,认为Na+的助熔作用使得样品的粒径增大、结晶性提高,减少了由于表面缺陷而引起的猝灭。Na+的引入填补了纳米颗粒表面的悬挂键等,阻塞了Sm3+无辐射驰豫通道,减少Sm3+的无辐射跃迁几率。Na+替代Gd3+时产生了可以充当能量转移敏化剂的氧空位。这些因素共同导致样品的发光强度提高。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-32
  1.1 发光简介  9-10
    1.1.1 发光现象与发光材料  9
    1.1.2 固体发光概述  9-10
  1.2 稀土发光材料  10-19
    1.2.1 稀土发光材料的发展  10-12
    1.2.2 稀土发光材料的发光机理  12
    1.2.3 稀土元素基态原子的电子层构型及光谱项  12-14
    1.2.4 稀土离子的能级和发光特性  14-16
    1.2.5 稀土离子间的能量传递  16-18
    1.2.6 影响稀土离子发光的因素  18-19
  1.3 纳米稀土发光材料  19-22
    1.3.1 纳米稀土发光材料的光学特性  19-20
    1.3.2 纳米稀土发光材料的制备方法  20-22
  1.4 光谱分析方法  22-25
    1.4.1 光与物质的相互作用  23
    1.4.2 分子荧光分析法  23-25
  1.5 本论文工作的目的和意义  25-27
  参考文献  27-32
第2章纳米晶Gd_2O_3:Sm的制备与发光性质研究  32-56
  2.1 燃烧法制备Gd_2O_3:Sm纳米晶  32-34
    2.1.1 燃烧合成法简述  32-33
    2.1.2 纳米晶Gd_2O_3:Sm的制备  33-34
  2.2 样品的表征  34-41
    2.2.1 样品的表征方法及测试仪器  34-36
    2.2.2 纳米晶Gd_2O_3:Sm的结构与形貌分析  36-37
    2.2.3 影响颗粒尺寸因素的探讨  37-41
  2.3 纳米晶Gd_2O_3:Sm的发光性质研究  41-50
    2.3.1 影响纳米晶Gd_2O_3:Sm发光强度的因素  44-47
    2.3.2 纳米晶Gd_2O_3:Sm的上转换发光性质研究  47-50
  2.4 本章小节  50-52
  参考文献  52-56
第3章 Bi~(3+)掺杂Gd_2O_3:Sm纳米晶的发光增强研究  56-72
  3.1 Gd_2O_3:Sm,Bi粉末的实验室制备  57
  3.2 Gd_2O_3:Sm,Bi粉末的结构形貌分析  57-59
    3.2.1 Gd_2O_3:Sm,Bi粉末的X射线衍射图  57-58
    3.2.2 Gd_2O_3:Sm,Bi粉末的透射电子显微镜图  58-59
  3.3 Gd_2O_3:Sm,Bi粉末的发光性质  59-67
    3.3.1 Gd_2O_3:Sm与Gd_2O_3:Sm,Bi粉末的激发光谱  59-61
    3.3.2 Gd_2O_3:Sm与Gd_2O_3:Sm,Bi粉末的发射光谱  61-67
  3.4 本章小节  67-68
  参考文献  68-72
第4章 Na~+掺杂Gd_2O_3:Sm纳米晶的发光增强研究  72-81
  4.1 纳米Gd_2O_3:Sm,Na粉末的实验室制备  72-73
  4.2 纳米Gd_2O_3:Sm,Na粉末的结构形貌分析  73-75
    4.2.1 纳米Gd_2O_3:Sm,Na粉末的X射线衍射图  73-74
    4.2.2 纳米Gd_2O_3:Sm,Na粉末的透射电子显微镜图  74-75
  4.3 纳米Gd_2O_3:Sm,Na粉末的发光性质  75-78
    4.3.1 样品Gd_2O_3:Sm与Gd_2O_3:Sm,Na的激发光谱  75-76
    4.3.2 Na~+离子掺杂浓度对Gd_2O_3:Sm粉末发光强度的影响  76-78
  4.4 本章小结  78-79
  参考文献  79-81
结论与展望  81-82
攻读硕士期间完成的论文  82-83
致谢  83

Gd_2O_3:Sm及Bi~(3+)，Na~+掺杂Gd_2O_3:Sm纳米晶的光致发光性能研究

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