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伴随着各种技术领域的快速发展,和国家对高技术的大尺寸显示技术与冷光源照明技术的重视,高性能无机发光材料的研究开发备受嘱目。这也不断推动着无机稀土发光材料的发展。稀土元素以其特殊的电子结构,成为发光材料研究领域最为重要的研究对象。与此同时新型的基质材料的探索,掺杂离子的价态变化,制备的粉体的颗粒大小与形貌调控等方面都逐渐成为无机发光材料研究的关键问题。
本博士论文选择钨酸钇,稀土锆钨酸盐,稀土钛铌酸盐,稀土钛钽酸盐,稀土硼钨酸盐等作为稀土离子RE3+掺杂的基质,采用不同的合成方法合成并调控材料的颗粒大小及发光性质,利于XRD及多种光谱技术研究了晶体结构和稀土发光性能的关系,探讨了这些荧光材料作为新型发光材料的潜在应用。
本博士论文涉及Y2WO6的水热合成,及低温条件(600～800℃)下晶体结构的演变。发现在热处理温度较低的条件下材料从无定型态到立方,再到四方,最后到稳定的单斜晶系的晶体结构变化过程。同时讨论了对该材料粉体合成过程中的粉体形貌的控制。发现材料的形貌可以通过水热过程中的有机物进行调控。讨论了介稳相和稳定相晶体结构的不同,分析了Tb3+,Er3+,Dy3+及Eu3+等离子掺杂在介稳相中的发光性质。发现Eu3+离子掺杂材料是色纯度很好的红光材料。
LnTiMO6(Ln=Y,La,Gd,和Lu;M=Nb和Ta)基质的自激发发光性质与材料的晶体结构密切相关,基质的吸收带位于285nm左右,基质的发射带位于520nm左右。晶体结构为黑稀金矿的基质材料是很好的绿光荧光粉。通过Sm3+,Eu3+,Dy3+,Ho3+与Er3+等稀土离子掺杂可以对材料的发光光谱及发光颜色进行调控。(Ti/Nb)O6和(Ti/Ta)O6到Eu3+离子具有高效的能量传递,得到红色色纯度较高,发光强度高的红色荧光粉。
稀土锆磷酸盐Ln1/3Zr2(PO4)3(Ln=Y,La,Gd,和Lu)的基质吸收带位于195nm的真空紫外区域,发光峰位于410nm左右的蓝白光区域。属于基质晶格、PO4和Zr-O的电荷迁移的跃迁。稀土离子掺杂可以调节材料的发光性质,其中从发光强度,色纯度等方面来看,Tb3+离子掺杂的Ln1/3Zr2(PO4)3(Ln=Y,La,Gd,和Lu)的发光颜色可以通过调节Tb3+离子的浓度来实现,是一种潜在的PDP或灯用黄绿色到绿色可调的荧光粉。Eu3+掺杂的该类材料发光位于580-620nm之间,是很好的橙色荧光粉。由于二价稀土离子的发光材料的性质不同于三价稀土离子,利用该类锆磷酸盐结构的特殊性,通过化学嵌锂的方法得到发光性能优异的绿色(Eu2+1/3Li+1/3)Zr2(PO4)3荧光粉。
另外,Ln3BWO9(Ln=Y,La,和Gd)的基质材料性质也得到了初步研究,Eu3+掺杂的材料具有很好的发光色纯度和发光强度,是潜在的闪烁体材料和红色荧光粉。