Eu,M(M=Ce,Tb,Mn,Er)激励硅酸盐玻璃和玻璃陶瓷的合成及发光性质研究

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稀土和过渡金属离子掺杂玻璃和玻璃陶瓷,因其优异的光学性能、化学稳定性和机械强度等优点吸引了极大的关注。本论文采用溶胶-凝胶法制备了单/共掺杂Eu,M(M=Ce,Tb,Mn,Er)的MgO-Ga2O3/Al2O3-SiO2体系硅酸盐玻璃和玻璃陶瓷,通过改变热处理气氛和温度、掺杂离子种类、浓度和基质组成等因素,探究了其对玻璃和玻璃陶瓷发光性能的影响,为拓展研究领域和开发新型发光材料提供了实验依据。本论文研究的主要成果如下:(1)制备了Eu/Ce掺杂的MgO-Ga2O3-SiO2体系玻璃和玻璃陶瓷,通过改变热处理气氛,发现由于氧分压的不同在空气中热处理比在还原气氛下更易形成纳米晶。并且随着热处理温度的升高,Mg Ga2O4纳米晶逐渐形成并长大。在空气中热处理,出现Eu3+5D07FJ跃迁发射,Ce4+因f电子层的缺失表现出光学惰性。当共掺Eu/Ce时,出现Eu3+→Ce4+的能量传递导致发光强度降低。在还原气氛下热处理,分别表现出Eu2+/Ce3+的特征跃迁发射,当二者共掺时,出现Ce3+到Eu2+的能量传递。另外,热处理温度对单/共掺Eu/Ce样品的发光强度有一定的影响。同时,当MgO-Ga2O3含量增加时,纳米晶的尺寸会增大,对样品的光学性能有不同的影响。(2)采用溶胶-凝胶法制备了Ce/Tb/Eu掺杂的5MgO-5Al2O3-90SiO2体系玻璃,在还原气氛下,分别观察出Ce3+、Tb3+和Eu2+的特征跃迁发射。Ce3+和Eu2+易受晶体场强度的影响,出现位于410 nm和440 nm处的蓝光宽带发射。Tb3+出现550 nm的绿光发射。在共掺样品中,出现Ce3+到Eu2+和Ce3+到Tb3+的能量传递。并且,随着热处理温度的升高,SiO2纳米晶不断形成长大并均匀分散,提高了发光效率。(3)探究了稀土离子Eu、Er和过渡金属离子Mn掺杂不同组分MgO-Ga2O3-SiO2体系玻璃和玻璃陶瓷的合成及发光性质。基质中逐渐形成的MgGa2O4纳米晶对样品的发光强度和效率产生了一定的影响。当热处理温度升高时,Mn2+受晶体场强度影响表现出宽带发射,在该基质中,Mn2+主要出现位于511 nm处4T16A1跃迁的绿光发射,在634 nm处出现稍弱的红光发射。当共掺Eu/Mn时,存在Mn2+到Eu2+的能量传递,并且随着掺杂Mn浓度的提高,发射强度也在降低,但能量传递效率不断提高。此外,浓度的提高对单掺和共掺Eu/Mn有不同的影响。此外,我们还探讨了掺杂Er的上转换发光,以及不同热处理温度和基质组成对其上转换发光的影响,探究了Er上转换的发光机理。
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