稀土掺杂氟化物荧光粉的制备及发光性能研究

【摘要】无机微纳米材料特别是稀土氟化物是镧系元素离子激活发光材料的一个重要种类，由于其具有低的声子振动能量、稀土离子和氟离子结合高的电离度、高电阻率和阴离子高的电导率而被广泛应用于光化学、超导体、光电子学和太阳能电池等领域，如今已成为研究热门的课题之一。在无机纳微米材料中，有很多因素影响材料的物理和化学性质，例如粒子的结晶度、尺寸、晶相、形貌、表面态和杂质等。因此合成具有特殊尺寸、形貌、光学性能的无机微纳米材料具有重要的现实意义。在各种合成技术中，水热法是最简单、环保的合成路线。该方法具有很多优点，例如：可以通过对温度、PH值和时间等反应参数的控制来更好地控制反应条件；具有较低的反应温度、节约能源、尺寸可以选择性生长、可控的形貌和更好的分散性等。在合成高质量的无机微纳米材料中由于它的化学灵活性和合成的稳定性已经被证实是一种有效的、简单的合成方法。本论文采用水热合成的方法，通过添加不同种类的盐作为“形貌控制剂”合成了不同体系的稀土氟化物。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电镜(TEM)、荧光光谱(PL、PLE)、寿命曲线和电子结构等对样品进行了表征。并且对掺入稀土离子后基质材料的性质、稀土离子之间的能量传递、材料的发光性质等都进行了深入探究，具体内容包括以下几方面：(1)以Al(NO3)3作为形貌控制剂，利用水热合成法成功制备了类似核桃状的YF3:Ln3+(Ln=Ce3+,Tb3+)微晶。表征结果显示合成的晶体尺寸大约是400-500nm的单晶，面间距是0.29nm，正交结构的YF3微晶沿(210)晶面生长，在Ce3+和Tb3+共掺杂的YF3中，由于从Ce3+到Tb3+之间存在能量传递，Ce3+作为敏化剂能显著增强Tb3+在545nm的绿色发射，因此微晶Y0.98-xF3:0.02Ce3+,xTb3+的发光颜色可以通过改变掺杂Tb3+的浓度进行调节，可以实现从橙色到黄色再到绿色的发光颜色变化；根据浓度猝灭和光谱重叠计算了Ce3+和Tb3+能量传递的临界距离，实验分析和理论显示在YF3主格中，从Ce3+到Tb3+的能量传递的机制主要是偶极-偶极相互作用。(2)以柠檬酸钠作为形貌控制剂，利用水热法成功制备了Ca5(PO4)3F:Tb3+,Eu3+微棒。提出了Ca5(PO4)3F(简称FAP)微棒的生长机理。采用密度泛函方法详细研究了Ca5(PO4)3F的电子结构和轨道分布情况，实验结果表明Ca5(PO4)3F具有直接带隙，在最低能量区的光学吸收主要来源于从O原子2p轨道到Ca原子4s轨道的电荷跃迁。在紫外光的激发下，Ca5(PO4)3F:Tb3+,Eu3+微棒显示来自基质的蓝光发射、典型Tb3+的绿光发射和Eu3+的红光发射。荧光光谱和寿命的衰减曲线结果表明，从Tb3+到Eu3+之间存在能量传递，随着Eu3+浓度的增加，Eu3+的红色发射带强度逐渐增强而Tb3+的绿色发射带逐渐减弱。Ca5(PO4)3F:Tb3+,xEu3+微棒的发光颜色可以通过改变Eu3+浓度进行调节，在发光二极管和其它显示领域有着潜在的应用价值。
【作者】王晓杰；
【导师】付作岭；
【作者基本信息】吉林大学，光学，2014，硕士
【关键词】稀土氟化物；水热合成；能量传递；调谐发光；

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