稀土离子掺杂的氧化物与含氧酸盐纳米粉末和透明陶瓷的制备及发光性质表征

论文摘要

本论文由五章组成，绪论（第一章）从宏观角度介绍了本论文的背景；第二章到第五章是关于稀土离子掺杂的氧化物和含氧酸盐纳米粉末和透明陶瓷材料的制备、表征及发光性质研究。绪论首先给出稀土发光材料的研究热点，然后着重讨论了光致发光的基本原理和三价稀土离子的发光特性，并介绍了透明陶瓷的相关知识，包括其特点、发展历史、制备方法及研究趋势。在论文的主体部分中，首先指出了闪烁体材料的应用、发展历史，并介绍了透明陶瓷闪烁体材料的发展；然后详细讨论了Lu2O3：Eu3+、Lu3Al5O12：RE3+(LuAG：RE3+)和Lu2SiO5：Ce3+(LSO：Ce3+)、Lu2Si2O7：Ce3+(LPS：Ce3+)的制备、表征和发光性质研究，主要内容分为两个部分：1．利用共沉淀方法制备Lu2O3：Eu3+纳米粉末，并采用低温真空和高温氮气气氛相结合的方法烧结透明陶瓷；然后采用各种手段表征Lu2O3：Eu3+样品的制备过程和结构形貌，并测量样品的光谱和相关能级的寿命；最后分析研究了不同沉淀剂和不同掺杂浓度对前述结果的影响。值得指出的是，真空和氮气气氛相结合的烧结方法是一种新颖的陶瓷烧结方法。对纳米粉末的表征分析表明，利用NH4HCO3为沉淀剂制备的纳米粉末颗粒呈类球形、粒径均匀且分散性好，是理想的透明陶瓷前驱粉末。光谱分析表明，激发谱由基质吸收带、Eu-O电荷迁移带和Eu3+离子的f-f激发峰组成；发射谱是Eu3+典型发射，以5D0→7FJ跃迁为主，也出现弱的5D1→7FJ发射，来自5D0的发射与来自5D1的发射强度比随Eu3+浓度的提高而增加。寿命分析表明，5D0→7F2（611 nm）跃迁的荧光衰减随浓度的增大而变快。对透明陶瓷的表征表明，利用NH4HCO3方法制备的陶瓷样品较利用（NH4）2C2O4方法制备的样品更为透明；并且陶瓷的透明度随掺杂浓度的增加而增强。光谱分析表明，陶瓷样品的激发和发射光谱与纳米粉末的光谱位置大体一致，格位对光谱的影响较纳米粉末更为明显。寿命分析表明，与粉末样品不同，5D0→7F2（611 nm）跃迁的荧光衰减随浓度的改变没有明显的变化。2．利用共沉淀方法制备LuAG：RE3+(Ce3++or pr3+)纳米粉末，并采用低温真空和高温氮气气氛相结合的方法烧结透明陶瓷；然后采用各种手段表征LuAG：RE3+(Ce3++or pr3+)样品的制备过程和结构形貌，并测量样品的光谱和相关能级的寿命。表征分析表明，LuAG的成相温度为900℃，1000℃烧结得到的粉末颗粒约为30 nm，粒径均匀，分散性良好。LuAG：Ce3+的光谱分析表明，基质激发带和Ce3+离子的f-d跃迁带在粉末和陶瓷的激发谱中皆存在，然而由LuAl“反格位”缺陷引起的激发带仅在陶瓷样品中存在；同样，此缺陷引起的发射带仅在陶瓷样品的发射谱中存在。粉末样品的光谱与Ce3+浓度无关，而陶瓷样品的光谱随掺杂浓度的增大有红移现象。文中给出了LuAG：Ce3+粉末样品与陶瓷样品以及LuAG：Ce3+样品与YAG：Ce3+样品光谱的区别以及引起这些差异的原因。LuAG：pr3+的光谱分析表明，无论是粉末样品还是陶瓷样品，各组成谱带和谱峰的现象与LuAG：Ce3+样品类似。此外，还利用溶胶凝胶合成法制备了LSO：Ce3+和LPS：Ce3+粉末，并分析了其结构和发光性质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 稀土功能材料
• 1.1.2 稀土发光材料
• 1.1.3 本论文的研究内容
• 1.2 稀土离子发光
• 1.2.1 稀土离子的电子组态和Dieke能级图
• 1.2.2 晶体场或配位场对稀土离子跃迁的影响
• 1.2.3 三价稀土离子的激发
• 1.2.4 发光和猝灭
• 1.2.5 能量传递
• 1.3 透明陶瓷材料概述
• 1.3.1 透明陶瓷材料的特点
• 1.3.2 透明陶瓷材料的发展现状
• 1.3.3 影响陶瓷透明度的因素
• 1.3.4 透明陶瓷材料的制备工艺
• 1.3.5 透明陶瓷材料的研究趋势
• 参考文献
• 第2章 闪烁体材料概述
• 2.1 闪烁体材料
• 2.2 闪烁体材料的发展历史
• 2.3 稀土陶瓷闪烁体
• 参考文献
• 2O₃:Eu³⁺纳米粉末和透明陶瓷的制备及发光性质研究'>第3章 Lu₂O₃:Eu³⁺纳米粉末和透明陶瓷的制备及发光性质研究
• 2O₃:Eu³⁺材料简介'>3.1 Lu₂O₃:Eu³⁺材料简介
• 2O₃'>3.1.1 基质材料Lu₂O₃
• 3+'>3.1.2 激活剂离子Eu³⁺
• 2O₃:Eu³⁺透明陶瓷的发展'>3.1.3 Lu₂O₃:Eu³⁺透明陶瓷的发展
• 3.1.4 本章主要工作
• 2O₃:Eu³⁺纳米粉末和透明陶瓷的制备'>3.2 Lu₂O₃:Eu³⁺纳米粉末和透明陶瓷的制备
• 2O₃:Eu³⁺纳米粉末和透明陶瓷的结构形貌特征'>3.3 Lu₂O₃:Eu³⁺纳米粉末和透明陶瓷的结构形貌特征
• 2O₃:Eu³⁺样品的结构形貌及透明度表征'>3.3.1 不同沉淀剂制备的Lu₂O₃:Eu³⁺样品的结构形貌及透明度表征
• 2O₃:Eu³⁺样品的透明度表征'>3.3.2 不同掺杂浓度的Lu₂O₃:Eu³⁺样品的透明度表征
• 2O₃:Eu³⁺纳米粉末和透明陶瓷的发光性质'>3.4 Lu₂O₃:Eu³⁺纳米粉末和透明陶瓷的发光性质
• 3.4.1 激发光谱和发射光谱
• 3.4.2 荧光衰减
• 3.5 小结
• 参考文献
• 3Al₅O₁₂:RE³⁺纳米粉末和透明陶瓷的制备及发光性质研究'>第4章 Lu₃Al₅O₁₂:RE³⁺纳米粉末和透明陶瓷的制备及发光性质研究
• 3Al₅O₁₂:RE³⁺材料简介'>4.1 Lu₃Al₅O₁₂:RE³⁺材料简介
• 3Al₅O₁₂'>4.1.1 基质材料Lu₃Al₅O₁₂
• 4.1.2 激活剂离子
• 3+透明陶瓷的发展'>4.1.3 LuAG:RE³⁺透明陶瓷的发展
• 4.1.4 本章主要工作
• 3+纳米粉末和透明陶瓷的制备'>4.2 LuAG:RE³⁺纳米粉末和透明陶瓷的制备
• 3+纳米粉末和透明陶瓷的结构形貌特征'>4.3 LuAG:RE³⁺纳米粉末和透明陶瓷的结构形貌特征
• 4.3.1 具体反应过程
• 3+纳米粉末的表征—高分辨透射电镜（HRTEM）'>4.3.2 LuAG:RE³⁺纳米粉末的表征—高分辨透射电镜（HRTEM）
• 3+透明陶瓷的表征'>4.3.3 LuAG:RE³⁺透明陶瓷的表征
• 3+纳米粉末和透明陶瓷的发光性质'>4.4 LuAG:Ce³⁺纳米粉末和透明陶瓷的发光性质
• 3+纳米粉末和透明陶瓷的光谱性质'>4.4.1 LuAG:Ce³⁺纳米粉末和透明陶瓷的光谱性质
• 4.4.2 光谱随掺杂离子浓度的变化
• 3+样品的光谱比较'>4.4.3 与YAG:Ce³⁺样品的光谱比较
• 3+纳米粉末和透明陶瓷的发光性质'>4.5 LuAG:Pr³⁺纳米粉末和透明陶瓷的发光性质
• 4.6 小结
• 参考文献
• 2SiO₅:Ce³⁺和Lu2_Si₂O₇:Ce³⁺粉末制备和发光性质研究'>第5章 Lu₂SiO₅:Ce³⁺和Lu2_Si₂O₇:Ce³⁺粉末制备和发光性质研究
• 2SiO₅:Ce³⁺和Lu₂Si₂O₇:Ce³⁺材料简介'>5.1 Lu₂SiO₅:Ce³⁺和Lu₂Si₂O₇:Ce³⁺材料简介
• 2SiO₅:Ce³⁺和Lu₂Si₂O₇:7Ce³⁺的发展'>5.1.1 Lu₂SiO₅:Ce³⁺和Lu₂Si₂O₇:7Ce³⁺的发展
• 5.1.2 基质LSO和LPS的晶体结构
• 5.1.3 溶胶凝胶法简介
• 5.1.4 本章主要工作
• 3+和LPS:Ce³⁺粉末的制备'>5.2 LSO:Ce³⁺和LPS:Ce³⁺粉末的制备
• 3+和LPS:Ce³⁺粉末的结构表征'>5.3 LSO:Ce³⁺和LPS:Ce³⁺粉末的结构表征
• 3+和LPS:Ce³⁺粉末的发光性质'>5.4 LSO:Ce³⁺和LPS:Ce³⁺粉末的发光性质
• 3+粉末的发光性质'>5.4.1 LSO:Ce³⁺粉末的发光性质
• 3+粉末的发光性质'>5.4.2 LPS:Ce³⁺粉末的发光性质
• 5.5 小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 硕博连读期间发表文章目录