本文關(guān)鍵詞：稀土摻雜鎢硅酸鹽玻璃陶瓷的制備與發(fā)光性能研究　出處：《長春理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：鎢離子具有較大的電負(fù)性,能夠俘獲游離氧形成[WO_4]2+四面體結(jié)構(gòu)單元,參與玻璃三維網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建,增強(qiáng)玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的緊密性,增大玻璃粘度,從而提高玻璃的析晶穩(wěn)定性。鎢酸鹽的發(fā)光光譜十分穩(wěn)定,本征發(fā)光譜帶很寬,鎢酸鹽的本征發(fā)光中心是[WO_4]2-,鎢酸鹽中的陽離子強(qiáng)烈地影響發(fā)射帶的位置。鎢酸鹽熒光體是典型的自激活發(fā)光材料,也可以由稀土離子激活,這些稀土離子被摻入鎢酸鹽點(diǎn)陣后,與W-O鍵之間存在能量傳遞,促進(jìn)稀土離子的發(fā)光。所以,選定鎢酸鹽為研究對象,制備出以鎢酸鹽為主晶相的玻璃陶瓷,研究鎢硅酸鹽玻璃陶瓷的發(fā)光性能。利用熔融-晶化法首次制備出了晶相為Ca WO_4、Zn WO_4和Na Y(WO_4)2的鎢硅酸鹽玻璃陶瓷,確定了最佳的熱處理制度。并摻雜稀土離子Er~(3+)-Yb~(3+)、Tb~(3+)和Eu~(3+),比較不同結(jié)構(gòu)的鎢硅酸鹽玻璃陶瓷中稀土離子的發(fā)光性能,以及稀土離子摻雜對晶相結(jié)構(gòu)的影響。Ca WO_4和Na Y(WO_4)2晶體結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定,稀土離子的摻雜沒有改變玻璃陶瓷的晶相。Zn WO_4為黑鎢礦結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,隨著稀土離子摻雜濃度的增加,晶相由Zn WO_4轉(zhuǎn)變?yōu)镹a0.5Re0.5WO_4(Re:Er、Yb、Tb、Eu)。稀土摻雜鎢硅酸鹽玻璃陶瓷均表現(xiàn)出較好的發(fā)光效果,并確定了最佳的稀土離子摻雜濃度。運(yùn)用體視學(xué)原理,研究鎢硅酸鹽玻璃陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和光透過率的定量關(guān)系。隨著三維自由距離的增大,晶粒的體積分?jǐn)?shù)減小,粒徑較小,光透過率增加。隨著三維球當(dāng)徑的增加,光透過率逐漸減小,所以應(yīng)控制晶粒的粒徑以提高玻璃陶瓷樣品的光透過率。隨著單位體積內(nèi)晶粒的平均比表面積增加,光透過率降低;隨著單位體積內(nèi)單個(gè)晶粒的平均比表面積增加,光透過率增加,說明了玻璃陶瓷中晶粒的粒徑越大,形貌越復(fù)雜,樣品的光透過率越低。利用紅外光譜和拉曼光譜研究了鎢硅酸鹽玻璃陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)。研究表明:三種體系的鎢硅酸鹽玻璃陶瓷中殘余玻璃相的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元均為Q2、Q3和[BO_3]三角體。對不同熱處理制度玻璃陶瓷樣品的拉曼光譜進(jìn)行擬合,分析了晶相的析出對玻璃陶瓷網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)單元相對含量的影響。隨著鎢酸鹽晶相不斷的增加,Si-O-M、B-O-M(M=Ca、Zn、Na、W)鍵衍射峰逐漸減弱,金屬陽離子減少,斷裂后的Si-O或者B-O相互間形成新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),形成了Si-O-Si、B-O-B和Si-O-B。利用晶體場理論對鉺摻雜鎢硅酸鹽玻璃陶瓷進(jìn)行了研究。通過對NWO_4(N=Ca、Zn)白鎢礦型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,利用疊加模型,計(jì)算出晶體場參數(shù)值。再結(jié)合離子參數(shù)對光譜進(jìn)行擬合,與實(shí)驗(yàn)光譜對比,計(jì)算擬合精度均方根誤差σ(Ca)=11.6cm-1,σ(Zn)=14.26cm-1,說明能級(jí)擬合的較好。通過擬合能級(jí)得到晶體場參數(shù),并計(jì)算晶體場強(qiáng)度Nν=2163.8 cm-1。說明利用疊加模型進(jìn)行晶體場參數(shù)的計(jì)算,并擬合鎢硅酸鹽玻璃陶瓷中Er~(3+)的能級(jí)是可行的�？捎糜诮忉屜⊥翐诫s玻璃陶瓷光譜中的能級(jí)分裂和位移,比較稀土離子在不同晶相玻璃陶瓷中的發(fā)光效率。
[Abstract]:In this paper , the luminescence properties of tungsten silicate glass ceramics are studied by means of melting - crystallization method . The crystal phase is doped with rare earth ions Er ~ ( 3 + ) - Yb ~ ( 3 + ) , Tb ~ ( 3 + ) and Eu ~ ( 3 + ) . The crystal phase of tungstate is very stable . The structure of the tungstate is not stable . As the concentration of rare earth ions increases , the crystal phase is converted from Zn WO _ 4 to Na0.5Re0.5 WO _ 4 ( Re : Er , Yb , Tb , Eu ) . The results show that the grain size of the glass ceramics increases with the increase of the three - dimensional free distance , the grain size of the crystal grains is smaller , the particle size is smaller , and the light transmittance increases . As the average specific surface area of the grains in the glass ceramic increases , the light transmittance decreases . As the average specific surface area of the grains in the unit volume increases , the light transmittance decreases . As the crystal field intensity increases , the energy level of the Er ~ ( 3 + ) in the glass ceramic is calculated . The results show that the energy level splitting and displacement in the rare earth doped glass ceramic are compared with the experimental spectra . The results show that the luminescence efficiency of the rare earth ions in the different phase glass ceramics is compared .

【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ171.733

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