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稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究

作　者: 谭鑫鑫
导　师: 吕树臣
学　校: 哈尔滨师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: ZrO2-Al2O3:RE3+ 室温发射能量传递上转换
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

纳米稀土发光材料是一类性能优异、有广泛的应用前景的纳米发光材料。本文的主要工作是研究纳米晶ZrO2-Al2O3：Er3+、ZrO2-Al2O3：Eu3+、ZrO2-Al2O3：Dy3+、ZrO2-Al2O3：Er3+/Yb3+四种纳米稀土发光材料的制备和发光性质。本论文的主要研究内容如下：1、本文采用化学共沉淀法成功制备了纯纳米晶ZrO2-Al2O3复合粉体,纳米晶ZrO2-Al2O3：Er3+、纳米晶ZrO2-Al2O3：Eu3+、纳米晶ZrO2-Al2O3：Dy3+、纳米晶ZrO2-Al2O3：Er3+／Yb3+四种粉体,根据不同的掺杂浓度、煅烧温度的选取,粒径尺寸控制在7-30nm左右。各样品的XRD测试结果表明,材料的晶体结构受煅烧温度、掺杂浓度影响较大。随着煅烧温度的提高,ZrO2四方相向单斜相转变；同时出现a-Al2O3的晶相,由这个纯纳米晶ZrO2-Al2O3复合粉体的晶相图看出,这复合粉体中Al2O3的存在抑制了ZrO2由四方相向单斜相的转化。同时稀土离子的掺入对四方相向单斜相的转变也起了抑制作用。2、本文制备的纳米晶ZrO2-Al2O3：Er3+系列粉体,均观测到Er3+的室温发射。对不同煅烧温度制备的纳米晶ZrO2：Er3+中Er3+的发射性质做了全面的比较和研究。发现经过随着煅烧的温度升高,发射光谱的强度有所改变,同时发射峰的位置也有所改变。首次制备了ZrO2-Al2O3：Er3+/Yb3+荧光粉并研究了纳米晶ZrO2-Al2O3：Er3+及ZrO2-Al2O3：Er3+/Yb3+的上转换发光。分析了上转换的跃迁机制。发现ZrO2-Al2O3：Er3+的红光和绿光均为双光子过程,而ZrO2-Al2O3：Er3+/Yb3+的上转换光谱中,红光和绿光也为双光子过程,而极弱的蓝光为三光子过程。3、制备了ZrO2-Al2O3：Eu3+荧光粉体并研究了室温发射,激发波长394nm,在1100度时,不同浓度下稀土离子Eu3+的室温特征发射非常强,由于Stark劈裂会得到604nm.610nm两个峰,而610nm的峰随着掺杂浓度的增加而逐渐消,随着掺杂量的减少,Stark劈裂严重,说明对称性明显减低,也同样说明了Eu3+离子对基质ZrO2晶相的稳定作用。监测波长604nm得到的激发谱246nm的峰来源于Eu3+离子的电荷迁移态的吸收。CTB非常的明显占主要的地位,即Eu3+和O2-之间电荷迁移。说明基质与Eu3+之间有能量传递。4、首次制备了ZrO2-Al2O3：Dy3+荧光粉体并研究了室温发射,激发波长均在353nm,1100℃时样品的两个主发射位在483nm 583nm处,而477nm 490nm497nm 577nm 589nm处发射较弱,同时我们还观测到了一个特别的发射峰,即383nm处的发射峰,这在很多Dy3+发射中并不常见。随着煅烧温度的升高其主发射位随之改变。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-22
  1.1 纳米材料简介  12-14
  1.2 发光材料  14-15
  1.3 纳米稀土发光材料  15-19
    1.3.1 稀土发光材料的发光机理  15-16
    1.3.2 稀土离子间的能量传递  16-17
    1.3.3 稀土离子的浓度碎灭现象  17-18
    1.3.4 稀土发光材料的光学特性  18
    1.3.5 纳米稀土发光材料发展  18-19
  1.4 稀土发光纳米复合材料  19-22
    1.4.1 纳米复合材料的定义  19
    1.4.2 纳米复合材料的基本性能及特殊性能  19-20
    1.4.3 稀土发光纳米复合材料的发展及应用  20-22
第2章纳米ZrO_2-Al_2O_3复合材料简介  22-31
  2.1 纳米ZrO_2的自身性质  22-23
  2.2 纳米ZrO_2增韧的纳米Al_2O_3复合材料  23-24
  2.3 ZrO_2-Al_2O_3复合材料的合成方法  24-27
  2.4 ZrO_2-Al_2O_3:RE~(3+)国内外研究现状  27-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章纳米晶ZrO_2-Al_2O_3:RE~(3+)粉体的制备和表征  31-43
  3.1 稀土掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3的制备  31-32
    3.1.1 实验原理  31
    3.1.2 实验方法及工艺流程  31-32
  3.2 样品颗粒尺寸和晶体结构的表征  32-42
    3.2.1 X射线衍射谱(XRD)  32-33
    3.2.2 X射线衍射实验结果分析  33-40
    3.2.3 扫描电镜及扫描电镜实验结果分析  40-41
    3.2.4 Al_2O_3影响ZrO_2晶相因素的探讨  41-42
  3.3 本章小结  42-43
第4章稀土掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3发光性质的研究  43-60
  4.1 纳米晶ZrO_2-Al_2O_3:Er~(3+)及Er~(3+)/Yb~(3+)的发光性质研究  43-50
    4.1.1 纳米晶ZrO_2-Al_2O_3:Er~(3+)的发光性质研究  43-48
    4.1.2 纳米晶ZrO_2-Al_2O_3:Er~(3+)/Yb~(3+)的发光性质研究  48-50
  4.2 纳米晶ZrO_2-Al_2O_3:Eu~(3+)的发光性质研究  50-54
    4.2.1 室温发射和能量传递  50-54
    4.2.2 浓度猝灭  54
  4.3 纳米晶ZrO_2-Al_2O_3:Dy~(3+)的发光性质研究  54-59
    4.3.1 室温发射和能量传递  54-58
    4.3.2 浓度猝灭  58-59
  4.4 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-68
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  68-70
致谢  70

稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究

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