碱土钒酸盐发光材料R2V2O7（R=Ca，Sr，Ba）的制备和发光性质研究

论文摘要

以碱土钒酸盐为基质的发光材料在紫外光以及真空紫外光激发下具有很好的发光性质,而且具有紫外光吸收能力强、转换率高、物理化学和热性能稳定等优点,因而具有广泛的应用前景,如半导体发光照明（LED）、等离子平板显示（PDP）、场致平板显示（FED）等。本论文中,作者对一些掺杂（包括阳离子R位、V位P掺杂的体系、稀土掺杂）和非掺杂的碱土钒酸盐R2V207（R=Ca, Sr, Ba）进行了系统的研究。使用荧光光谱（PL）、X射线衍射（XRD）和红外光谱（FTIR）研究其光学性质、结构,并采用扫描电镜（SEM）对其形貌进行观察,并对深层次的发光机理给出合理的解释。所获得的结果对高性能碱土钒基发光材料的研究和应用均具有一定的意义。本论文共分七章,每章的主要内容概述如下：在第一、二章中,介绍了本论文227结构的钒酸盐的制备方法和实验原理,以及钒酸盐的发光特性和表征手段。钒基发光材料在一定条件下能够实现自激发,稀土钒酸盐是以钒氧化物为基质,掺杂稀土离子作为激活剂的发光体。目前,以碱土钒酸盐R2V207为基质的发光材料,对基质和掺杂的研究均处于起步阶段。研究该类材料的发光性能和机理具有重要的理论和实际意义。第三章研究了溶胶凝胶法制备R2V207（R=Ca,Sr,Ba）及其光致发光性质。研究了不同制备温度条件对自激发钒酸盐R2V207（R=Ca, Sr, Ba）的光致发光特性的影响。实验结果表明R2V207（R=Ca, Sr, Ba）样品的发光强度几乎不随退火温度而变化。R2V207（R=Sr, Ba）有很强的自激发与发射能力,激发光谱峰值位于350 nm附近,发射光谱在400-750 nm范围内,是很宽的发射带。至于R2V207（R=Ca）,我们没有观测到其光学活性,其激发光谱与发射光谱的强度非常低。关于自激发发射的R2V207（R=Ca, Sr, Ba）样品发光性质的潜在机理,我们也给出了合理的解释。第四章研究了R位互掺和V位P替代掺杂对R2V207（R=Ca, Sr,Ba）系列样品在紫外光激发下的发光性质的影响。R2V2-xPxO7 （R=Sr, Ba,0≤X≤0.5）的紫外激发能力与发射能力随着掺杂的增加而减弱。而R2V2-xPxO7（R=Ca,0≤x≤0.5）样品并没有表现出光活性。对这一系列的分析表明,部分的P替代V的掺杂并没有改善样品的光学性能。对R1R2V2O7（R1, R2=Ca, Sr, Ba）样品PL分析结果表明,227体系的光学性质与VO43-之间的距离密切相关,并且VO43-之间的距离越近,其光学活性越差。第五章研究了溶胶凝胶法制备R2V2O7：Eu3+（R=Ca, Sr, Ba）及其光致发光性质的研究；稀土Eu3+离子掺杂明显改变了R2V2O7：Eu3+（R=Ca, Sr, Ba）基质的发光性质。当Eu3+取代部分R位Ca2+后,样品突显出优秀的红色发光属性。当Eu3+取代部分R位Ba2+,Sr2+后,R2V2O7：Eu3+（R=Sr, Ba）样品能够同时呈现出VO43-和Eu3+的本征发射；并且R2V2O7：Eu3+（R= Ba）荧光粉可能是一种潜在的白色发光物质。第六章研究了新颖的球形核壳结构SiO2@Ca2V2O7：EU3+材料,据我们所知,SiO2@Ca2V2O7：Eu3+第一次由溶胶凝胶法被成功制备。Eu3+的掺杂浓度是基质Ca2V2O7中阳离子Ca2+浓度的2.5%。获得的样品粉末用x射线衍射分析（XRD）,傅立叶红外光谱（FT-IR）,X射线能谱（EDS）,扫描电子显微镜（SEM）和光致发光谱（PL）来表征。XRD和FT-IR分析表明Ca2V2O7：Eu3+成功的沉积在球形的SiO2表面。从SEM可以清楚看到制备的核壳结构材料的Ca2V2O7：EU3+壳层,以片状的形态存在。文章最后的第七章对全文进行了总结与展望。PL光谱呈现出典型的稀土Eu3+离子5Do→7FJ（J＝1,2,3,4）发射。SiO2@Ca2V2O7：Eu3+和Ca2V2O7：Eu3+的吸收带不同,Ca2V2O7：Eu3+粉体在304和380 nm处有两个吸收带,但是我们制备的SiO2@Ca2V2O7：Eu3+球形粉体只在276 nm处有一个吸收带。

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Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 钒酸盐荧光材料的基本发光性质

1.2.1 不同钒酸盐体系的基本结构

4^3-离子的能级结构'>1.2.2 钒酸根VO₄^3-离子的能级结构

3+)离子的能级结构'>1.2.3 稀土三价铕(Eu³⁺)离子的能级结构

1.3 本论文研究的内容及其意义

第二章实验内容、原理和测试方法

2.1 试剂、实验药品和实验仪器

2.1.1 实验中所用的药品和试剂

2.1.2 实验中所用的设备

2.2 发光粉体的表征方法

2.2.1 X射线衍射分析（XRD）

2.2.2 傅立叶红外光谱（FTIR）

2.2.3 扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）及X射线能谱（EDX）

2.2.4 室温荧光光谱分析（PL）

2.3 发光粉体的制备方法

2.3.1 溶胶凝胶法制备粉体

2@R₂V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca）'>2.3.2 溶胶凝胶法制备SiO₂@R₂V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca）

2V₂O₇（R=Ca,Sr,Ba）的光致发光性质'>第三章 R₂V₂O₇（R=Ca,Sr,Ba）的光致发光性质

3.1 引言

2V₂O₇（R=Ca,Sr,Ba）样品的制备和表征'>3.2 R₂V₂O₇（R=Ca,Sr,Ba）样品的制备和表征

2V₂O₇（R=Ca,Sr,Ba）的光致发光性质'>3.3 R₂V₂O₇（R=Ca,Sr,Ba）的光致发光性质

V₂O₇样品的激发光谱'>3.3.1 Ba2_V₂O₇样品的激发光谱

V₂O₇样品的发射光谱'>3.3.2 Ba2_V₂O₇样品的发射光谱

2V₂O₇样品的激发光谱'>3.3.3 Sr₂V₂O₇样品的激发光谱

2V₂O₇样品的发射光谱'>3.3.4 Sr₂V₂O₇样品的发射光谱

2V₂O₇样品的激发光谱与发射光谱'>3.3.5 Ca₂V₂O₇样品的激发光谱与发射光谱

3.4 小结

2V₂O₇（R=Ca,Sr,Ba）发光性质的影响'>第四章 R位互掺和V位P替代掺杂对R₂V₂O₇（R=Ca,Sr,Ba）发光性质的影响

4.1 引言

1R₂V₂O₇(R_1,2=Ca,Sr Ba)和R₂V_2-xP_xO₇（R=Ca,Sr,Ba,0≤x≤0.5）溶胶凝胶法制备与X射线表征'>4.2 R₁R₂V₂O₇(R_1,2=Ca,Sr Ba)和R₂V_2-xP_xO₇（R=Ca,Sr,Ba,0≤x≤0.5）溶胶凝胶法制备与X射线表征

1R₂V₂O₇(R_1,2=Ca,Sr,Ba)和R₂V₂P_xO₇（R=Ca,Sr,Ba,0≤x≤0.5）的光致发光性质'>4.3 R₁R₂V₂O₇(R_1,2=Ca,Sr,Ba)和R₂V₂P_xO₇（R=Ca,Sr,Ba,0≤x≤0.5）的光致发光性质

2V_2-xP_xO₇（R=Ba,0≤x≤0.5）样品的激发光谱'>4.3.1 R₂V_2-xP_xO₇（R=Ba,0≤x≤0.5）样品的激发光谱

2V_2-xP_xO₇（R=Ba,0≤x≤0.5）样品的发射光谱'>4.3.2 R₂V_2-xP_xO₇（R=Ba,0≤x≤0.5）样品的发射光谱

2V_{2_x}P_xO₇（0≤x≤0.5）样品的激发光谱'>4.3.3 Sr₂V_{2_x}P_xO₇（0≤x≤0.5）样品的激发光谱

2V_{2_x}P_xO₇（0≤x≤0.5）样品的发射光谱'>4.3.4 Sr₂V_{2_x}P_xO₇（0≤x≤0.5）样品的发射光谱

2V_2-xP_xO₇（0≤x≤0.5）样品的激发与发射光谱'>4.3.5 Ca₂V_2-xP_xO₇（0≤x≤0.5）样品的激发与发射光谱

1R₂V₂O₇（R1,R2=Ca,Sr,Ba）样品的激发光谱'>4.3.6 R₁R₂V₂O₇（R1,R2=Ca,Sr,Ba）样品的激发光谱

1R₂V₂O₇（R1,R2=Ca,Sr,Ba）样品的发射光谱'>4.3.7 R₁R₂V₂O₇（R1,R2=Ca,Sr,Ba）样品的发射光谱

4.4 小结

2V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca,Sr,Ba）体系'>第五章潜在的白色荧光粉R₂V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca,Sr,Ba）体系

5.1 引言

2V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca,Sr,Ba）溶胶凝胶法制备与X射线表征'>5.2 R₂V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca,Sr,Ba）溶胶凝胶法制备与X射线表征

2V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca,Sr,Ba）光致的发光性质'>5.3 R₂V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca,Sr,Ba）光致的发光性质

2V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca）的光致发光性质'>5.3.1 R₂V₂O₇:Eu³⁺（R=Ca）的光致发光性质

2V₂O₇:Eu³⁺（R=Ba）的光致发光性质'>5.3.2 R₂V₂O₇:Eu³⁺（R=Ba）的光致发光性质

2V₂O₇:Eu³⁺（R=Sr）的光致发光性质'>5.3.3 R₂V₂O₇:Eu³⁺（R=Sr）的光致发光性质

5.4 小结

2@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的制备与发光性质的研究'>第六章新颖的球形核壳结构SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的制备与发光性质的研究

6.1 引言

6.2 实验部分

2球形颗粒的制备'>6.2.1 SiO₂球形颗粒的制备

2@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺和Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的制备'>6.2.2 SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺和Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的制备

6.2.3 表征

6.3 结果与讨论

2V₂O₇:Eu³⁺的XRD图谱'>6.3.1 Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的XRD图谱

2和SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的SEM图片'>6.3.2 SiO₂和SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的SEM图片

2V₂O₇:Eu³⁺和SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺激发和发射光谱'>6.3.3 Ca₂V₂O₇:Eu³⁺和SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺激发和发射光谱

2V₂O₇:Eu³⁺和SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的红外光谱'>6.3.4 Ca₂V₂O₇:Eu³⁺和SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺的红外光谱

2@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺粉末的X射线能谱（EDX）'>6.3.5 SiO₂@Ca₂V₂O₇:Eu³⁺粉末的X射线能谱（EDX）

6.4 结论

第七章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表与合作发表论文

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