【摘要】：在熒光材料的研究中,已經(jīng)產(chǎn)生了非常多關(guān)于含氧酸鹽稀土熒光材料的研究和相關(guān)的應(yīng)用。比如,用于激光器中的Y3Al5012(YAG):Nd激光晶體,用于白光LED的YAG:Ce3+熒光粉,用于熒光溫度探測的LiAl5O8:Cr3+,用于安全標識的長余輝材料SrA12O4:Eu2+,Dy3+等。本文針對一些含氧酸鹽稀土熒光材料在應(yīng)用中產(chǎn)生的問題進行了研究,并且這些材料在應(yīng)用時的激發(fā)或發(fā)射過程中,摻雜離子的電子主要發(fā)生了 4f?5d的躍遷。第一章為緒論部分。首先,我們介紹了本文內(nèi)容的研究背景。然后,我們舉例說明了熒光的基本原理和常用的表征方法。在發(fā)光材料的常用表征方法中,我們又詳細闡述了熱釋光實驗和分析方法。接著,介紹了稀土元素和稀土離子的發(fā)光。最后,我們簡要描述了本文的幾個工作。YAG中Pr3+與Ce3+之間的能量傳遞在量子信息存儲-讀取和白光LED領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用價值。因此在第二章的工作中,我們詳細研究了 YAG:Pr3+,Ce3+中Pr3+與Ce3+之間兩種能量傳遞的速率和臨界距離。通過共沉淀方法,我們成功合成了一系列不同濃度的YAG:Pr3+/Ce3+樣品。通過測量和分析YAG單摻Pr3+、單摻Ce3+、兩種單摻樣品的混合、以及共摻Pr3+和Ce3+樣品的激發(fā)譜和發(fā)射譜,我們推論出了在某些情況下,Pr3+5d能級可以將能量傳遞給Ce3+5d能級,而Ce3+5d能級的能量也可以傳遞給Pr3+1D2能級,并且Pr3+與Ce3+的光子再吸收過程很弱,可以忽略不計。我們將Dexter能量傳遞理論和發(fā)光動力學(xué)相結(jié)合,推導(dǎo)出了一個新方法,并使用這個方法去計算YAG摻雜不同濃度Pr3+ Ce3+樣品的發(fā)射譜,得到了這兩種能量傳遞的臨界距離:Pr3+5d至Ce3+5d能量傳遞的臨界距離為7.95 A,而Ce3+5d至Pr3+1D2能量傳遞的臨界距離為4.00 A。通過計算也得出了相應(yīng)不同濃度樣品兩種能量傳遞的速率。這種計算能量傳遞速率和臨界距離的方法也可以推廣應(yīng)用于其他非輻射能量傳遞過程的分析。比如,激光晶體YAG:Ce3+,Nd3+中Ce3+到Nd3+的能量傳遞,Yb3+和Er3+共摻上轉(zhuǎn)換過程中Yb3+至Er3+的能量傳遞,以及紅色熒光粉應(yīng)用中Gd3+到Eu3+的能量傳遞等。除此之外,為了實現(xiàn)YAG:Pr3+,Ce3+在量子信息存儲-讀取中的應(yīng)用,即通過Ce3+的發(fā)光去監(jiān)測Pr3+的初態(tài),我們得到了Pr3+和Ce3+的最佳距離為5.60 A,此時初態(tài)讀取的效率為78.66%�？紤]到Pr3+和Ce3+在YAG中都是取代的Y3+格位,因此,為了達到最好的量子信息讀取效率,最好的方式就是在Pr3+的次近鄰的一個Y3+格位替換成Ce3+。而在白光LED的應(yīng)用中,為了盡可能的提高所缺少的紅光成分,在Ce3+摻雜濃度不變和Pr3+沒有發(fā)生濃度猝滅的情況下,應(yīng)盡可能的提高Pr3+的摻雜濃度。在第三章的工作中,我們使用固相法合成SrB4O7:Sm2+熒光粉。在嘗試了大量低形成溫度玻璃后,選擇使用TeO2-ZnO玻璃去包裹SrB4O7:Sm2+粉末制成phosphor-in-glass(PiG)樣品,這對功能粉末起到了保護作用。因為玻璃中包裹的功能粉末只占5%質(zhì)量分數(shù),因此PiG樣品的XRD曲線呈現(xiàn)無定形的玻璃相。室溫中,在355 nm光的激發(fā)下,PiG樣品的發(fā)射光譜與SrB4O7:Sm2+熒光粉一致。隨后,我們測量并分析了 PiG樣品684 nm發(fā)射光壽命的變溫特性。結(jié)果顯示,在573 K附近,其對溫度的相對靈敏度達到了 5%·K-1,表明所制得的PiG樣品依然是一種非常有應(yīng)用前景的測溫材料,并且可用于極端條件下的溫度探測。在以摻雜Eu2+為基礎(chǔ)的一系列新一代長余輝材料發(fā)明之后,對其長余輝機理爭論就一直存在。在第四章中,我們嘗試通過光激勵發(fā)光、不同激發(fā)溫度下熱釋光的實驗結(jié)果去分析SrA12O4:Eu2+/Dy3+單摻和共摻樣品的長余輝機理。我們發(fā)現(xiàn)475 nm的光能夠持續(xù)激發(fā)SrA12O4:Eu2+,Dy3+共摻樣品的長余輝發(fā)光,這說明了 Dy3+的激發(fā)能可以通過某種方式最終傳遞給Eu2+。在980nm光的激發(fā)下,SrA12O4:Eu2+/Dy3+單摻和共摻樣品都能夠產(chǎn)生光激勵發(fā)光,這說明氧空位導(dǎo)致的電子陷阱在長余輝發(fā)光中起到了重要的作用。通過使用初始上升沿方法擬合不同溫度激發(fā)下樣品的熱釋光曲線,我們計算出了 SrA1204:Eu2+和SrAl204:Eu2+,Dy3+兩種樣品的電子陷阱深度分布。結(jié)果表明,在SrA12O4:Eu2+中加入Dy3+會引入了一個深度小于0.65eV的陷阱,這與其他研究中Dy3+陷阱比氧空位深的說法不同。我們推論出了符合實驗現(xiàn)象的余輝機理,類似的余輝機理可以推廣到其它基于Eu2+摻雜的長余輝材料中。在第四章的工作中,我們偶然發(fā)現(xiàn)在大于室溫的溫度下激發(fā)SrA12O4:Eu2+,Dy3+并將其在室溫中冷卻一段時間后,其熱釋光峰的位置依然與激發(fā)溫度有關(guān)。這就為我們提供了一個全新的思路:一些材料的熱釋光曲線是否具有記憶激發(fā)溫度的特性?在第五章中,我們詳細研究了這個問題。結(jié)果表明,在333 K下激發(fā)SrA12O4:Eu2+,Dy3+熒光粉并將其在室溫下冷卻一天后,其熱釋光峰依然與不冷卻時一致,說明樣品記憶激發(fā)溫度的時間超過一天。但是,冷卻超過一天后,其熱釋光峰會向高溫方向移動,從而失去記憶激發(fā)溫度的作用。最后,我們對本論文的研究內(nèi)容進行了總結(jié),并展望了其未來的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN104.3
【圖文】：

間分別為１０，邋３０，邋６０，邋１２０秒［｜５】逡逑幾乎對所有樣品來說，測量得出的熱釋光曲線都會有一個或多個的寬包，這些逡逑熱釋光峰通常是非對稱的，如圖１－１的ＳｒＡｌ２0４：ＥＵ２＋，Ｄｙ３＋熱釋光曲線所示。每一個逡逑峰都被認為是來自于某個陷阱或某種陷阱分布。通過研究這些不同熱釋光峰的位置逡逑和形狀，可以得到樣品不同陷阱的深度和分布。這種分析方法在地質(zhì)考古學(xué)中十分逡逑常見，它可以用來判斷樣品的年代［１６］和受到輻射的總劑量［１７］。在長余輝研究領(lǐng)域中，逡逑＿雖然對樣品熱釋光的研宄能夠提供樣品的陷阱深度和分布信息，但它通常是被忽視逡逑的。逡逑許多研究者試圖找到一個精度高、可信賴并且通周的方法去分析熱釋光曲線。逡逑在文獻中就詳細介紹了這些分析方法和它們基于的物理理論，下面我們就簡要描逡逑述幾種經(jīng)常使用的分析方法。逡逑最簡單的分析方法就是僅通過熱釋光峰的位置來分析陷阱深度，這是Ｕｒｂａｃｈ在逡逑１９３０年提出［１８］，這種分析方法是完全基于之前研究結(jié)果而總結(jié)出的經(jīng)驗公式。如果逡逑N希ǹ奈露鵲ノ唬┐聿飭康玫降娜仁凸夥�，那脛�(chuàng)巳仁凸夥灞硎鏡難廢葳逕鑠義隙齲盼哄義希村澹圬擔蕁ｅ義險飧齬剿淙環(huán)淺＜虻

本文編號：2713020