Gd2O3:Sm及Bi3+,Na+掺杂Gd2O3:Sm纳米晶的光致发光性能研究

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由于纳米稀土荧光材料具有低电压大电流下的高亮度和高效率,性能稳定及粒度均匀、分布窄等优点,使得纳米稀土发光材料已广泛应用到发光、光信息传输、荧光标记等领域。纳米荧光材料尤其在提高光学显示器件空间分辨率方面有着独特的优势,使得其在场发射器件,等离子体平板显示,阴极射线管和各种平板显示器上的应用成为可能,因此,近年来有关纳米稀土发光材料的研究已引起广泛的关注和兴趣。但由于纳米颗粒表面态的猝灭效应,其发光效率往往会随着尺寸的减小而降低,从而影响纳米稀土发光材料在提高光学显示器件空间分辨率方面的实际应用。在荧光材料中掺杂其他离子是提高某些荧光粉发光强度和效率的有效手段,本论文在讨论了Gd2O3:Sm纳米晶的光致发光特性的基础上,主要研究了BiB3+离子和Na+离子掺杂对Gd2O3:Sm纳米晶的光致发光特性的影响,取得了一些有意义的结果。1.以柠檬酸作燃烧剂采用燃烧合成法制备了Gd2O3:Sm纳米晶,用X射线衍射仪、透射电子显微镜、紫外-可见-近红外吸收光谱仪、荧光分光光度计等对Gd203:Sm纳米晶的结构、形貌和发光性能进行了分析。结果显示均得到了纯立方相的Gd2O3:Sm纳米晶,平均晶粒平均尺寸约为28.2nm。在室温下分别研究了样品在275 nm激发时的发光性质和980 nm激发光激发时的上转换发射特性,均观测到了Sm3+离子的强荧光发射,其主发射峰位置在603.5 nm处(Sm3+的4G5/2→6H7/2跃迁)。并分析和讨论了Sm3+离子的浓度、退火温度、柠檬酸与稀土离子配比(C/M)对Gd2O3:Sm纳米晶发光性质的影响。2.燃烧法制备了不同Bi3+掺杂浓度,不同退火温度的Gd2O3:Sm,Bi纳米晶,掺Bi3+和未掺Bi3+样品的发射谱具有相似的形状,都表现出Sm3+的特征发射,Gd2O3:Sm,Bi纳米晶在603.5 nm处Sm3+的特征发射峰强度显著增强且与Bi3+掺杂浓度有关。分析认为,由于Bi3+对紫外光有很强的吸收并且吸收的能量向Sm3+转移的几率较大,导致Sm3+的发射强度显著提高。当Bi3+的掺杂浓度较大时,多个Bi3+可能形成团聚体,这些团聚体充当捕获中心而无辐射的分散吸收的能量,使得Bi3+离子对Sm3+离子的敏化效率显著减小,发光强度降低。3.燃烧法制备了Na+掺杂浓度不同的Gd2O3:Sm,Na纳米晶,在光谱测量中观测到Na+的引入使得Sm3+的特征发射强度增加。分析讨论了增强的可能原因,认为Na+的助熔作用使得样品的粒径增大、结晶性提高,减少了由于表面缺陷而引起的猝灭。Na+的引入填补了纳米颗粒表面的悬挂键等,阻塞了Sm3+无辐射驰豫通道,减少Sm3+的无辐射跃迁几率。Na+替代Gd3+时产生了可以充当能量转移敏化剂的氧空位。这些因素共同导致样品的发光强度提高。
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