稀土离子RE～（3+）（RE=Eu，Tb）与Na2WO4共掺杂的SiO2发光材料的制备及其发光性质的研究

论文摘要

本文通过溶胶-凝胶技术制备了RE3+（RE=Eu,Tb）与Na2WO4共掺杂的SiO2发光材料,利用DTA-TG、IR、XRD等测试手段对材料的结构进行了研究,结果显示:800℃退火处理后,RE3+与Na2WO4共掺杂SiO2发光材料的结构基本稳定,只存在SiO2的网状结构,因为稀土离子和Na2WO4的掺入量都太少不足以影响SiO2的网状结构,且材料属于非晶态。通过三维荧光光谱,激发光谱和发射光谱测试分析,探讨了RE3+（RE=Eu,Tb）与Na2WO4共掺杂SiO2发光材料的发光性质,研究了WO42-对稀土离子发光强度的影响。结果显示:在Eu3+掺杂的材料中,通过三维荧光光谱图确定最佳的监测波长为612nm和激发波长为393nm,WO42-特征激发峰与稀土离子Eu3+能量传递良好,初步判断对稀土离子Eu3+的发光有敏化作用。以393nm作为激发波长,在发射光谱图中只显示5D0-7FJ（J=0-4）的跃迁,表明所有激发态的电子最后都集中在5D0能级,说明能级间有振动驰豫过程。通过对只掺杂Eu离子和Eu3+与Na2WO4共掺杂SiO2发光材料的发射光谱图的对照,进一步证明Na2WO4对掺杂稀土离子Eu3+的SiO2发光材料有非常显著的敏化作用,特别是使Eu3+的5D0-7F2超灵敏跃迁增强6倍多;在Tb3+掺杂的材料中,通过三维荧光光谱确定了最佳监测波长为544nm和激发波长为230nm。在230nm波长激发下,发射光谱中显示Tb3+的5D4-7FJ（J=4,5,6）和5D3-7FJ（J=4,5,6）跃迁。由于稀土离子Tb3+将能量传递给了Na2WO4而使自身能量降低,其发光强度发生了显著的减弱。实验结果表明Na2WO4对不同能级的电子猝灭作用也不同。因为Na2WO4的激发态与稀土离子Tb3+的5D4-7F6跃迁能级相近,有利于能量传递,而使Tb3+的5D4-7F5和5D4-7F6跃迁发光强度相近,最后发现材料在紫外灯下发射均匀的蓝绿色荧光。在本文的RE3+掺杂的SiO2材料中掺入Na2WO4,并没有影响材料的发射峰的主要位置,但对其发光强度有很大的影响。我们又根据材料的三维荧光、激发和发射光谱设计了稀土离子(Eu3+或Tb3+)与Na2WO4共掺杂SiO2材料的能级图,解释了材料中金属离子W6+与稀土离子(Eu3+或Tb3+)之间的能量传递关系。为了更好的研究材料的发光影响因素,我们还考虑了溶液的酸度,退火温度,退火时间,其他金属离子Na+以及Na2WO4的掺杂量对材料发光性质的影响。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 稀土的重要性及其研究意义
• 1.2 稀土发光材料及发光原理
• 1.3 影响稀土离子发光的几个因素
• 1.4 发光材料中的能量转移
• 1.5 前人的研究概况
• 第二章 硅基发光材料的制备
• 2.1 主要试剂和实验设备
• 2 发光材料的制备'>2.2 SiO₂发光材料的制备
• 第三章 结果与讨论
• 2 发光材料的结构分析'>3.1 SiO₂发光材料的结构分析
• 3.1.1 差热热重分析
• 3.1.2 红外光谱分析
• 3.1.3 XRD 分析
• 3+和Na₂WO₄共掺杂SiO₂ 发光材料的发光性质分析'>3.2 Eu³⁺和Na₂WO₄共掺杂SiO₂发光材料的发光性质分析
• 3.2.1 三维荧光光谱分析
• 3.2.2 激发光谱分析
• 3.2.3 发射光谱分析
• 3.2.4 能级图理论解释能量传递关系
• 3+和Na₂WO₄共掺杂SiO₂发光材料的发光性质的分析'>3.3 Tb³⁺和Na₂WO₄共掺杂SiO₂发光材料的发光性质的分析
• 3.3.1 三维荧光光谱分析
• 3.3.2 激发光谱分析
• 3.3.3 发射光谱分析
• 4^2-对SiO₂发光材料中Tb³⁺离子发光性质的影响'>3.3.4 WO₄^2-对SiO₂发光材料中Tb³⁺离子发光性质的影响
• 3.4 影响发光因素的讨论
• 3.4.1 酸度对材料发光强度的影响
• 3.4.2 退火温度和退火时间对材料的发光强度的影响
• +离子对材料发光性质的影响'>3.4.3 Na⁺离子对材料发光性质的影响
• 2WO₄的掺杂量对SiO₂材料中Eu³⁺发光性能的影响'>3.4.4 Na₂WO₄的掺杂量对SiO₂材料中Eu³⁺发光性能的影响
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 硕士研究生期间发表的论文
• 致 谢