稀土转光玻璃的合成及荧光性质的研究

论文摘要

农用转光材料近几年发展迅速。传统的转光膜能够改善农作物的品质，实现增产增收，但是转光膜的耐候性和后加工性能较差，加之废弃的转光膜易造成环境污染，因而，转光膜在应用上受到了限制。本文的创新之处是合成了一类新型的转光玻璃，这种转光玻璃有望成为一类新型的转光材料。1．在空气气氛中合成了CaO-B2O3-SiO2：Eu3+玻璃体系。采用逐点搜索法研究了体系的玻璃形成区、用XRD研究了合成温度、利用红外光谱研究了玻璃的网络结构；研究了玻璃体系中Eu3+的激发光谱和发射光谱，归属了相应的跃迁发射；研究了掺杂Eu3+浓度对其发光强度的影响；研究了Eu3+的发光强度与玻璃厚度的关系。2．在还原气氛中合成了CaO-B2O3-SiO2：Eu2+玻璃体系。研究了该玻璃体系中Eu2+的激发光谱和发射光谱，并归属了其相应的跃迁发射；研究了掺杂Eu2+浓度对其发光强度的影响；研究了合成条件与Eu离子在玻璃中发光性质的关系；研究了玻璃中Eu2+的ESR性质，证实了玻璃体系中Eu2+的存在，得到了玻璃体系中Eu2+的能级图。3．在空气中用常规的高温合成法合成了CaO-B2O3-SiO2：Sm3+玻璃。研究了这种玻璃的激发光谱和发射光谱，合理归属了各谱项和跃迁；研究了荧光强度与激活剂离子Sm3+浓度的关系；我们研究了激发波长与玻璃中的Sm3+在605nm和650nm处发光强度比的关系；研究了Sm3+的掺杂浓度与荧光强度比I650／I605的关系；B2O3／SiO2比例最佳是在1．2至0．8之间。4．研究了CaO-B2O3-SiO2：Ce3+玻璃体系中Ce3+离子的激发光谱和发射光谱，归属了对应的跃迁发射。研究了Ce3+离子在玻璃中的配位状态和能级图。研究了CaO-B2O3-SiO2：Sm、Ce玻璃体系中的光谱性质，解释了其可能的机理。5．合成了CaO-B2O3-SiO2：Pr3+玻璃体系。研究了Pr3+的激发光谱和发射光谱，归属其对应的跃迁发射，确定了Pr3+在玻璃体系中的能级图；研究了Pr3+在该玻璃体系中的浓度猝灭效应；利用文献资料，对玻璃体系中Pr3+的光谱参数进行了拟合。6．研究了该玻璃体系中的敏化现象。发现存在Bi3+→Eu3+、Gd3+→Eu3+、Sm3+→Eu3+、Pr3+→Eu3+、Tb3+→Eu3+、Bi3+→Sm3+、Mn2+→Sm3+等敏化现象，我们分析了其光谱性质，探讨了敏化机理。Bi3+的加入使Eu3+离子发光强度大幅度增强，Bi3+和Eu3+之间以光的再吸收能量传递为主，不属于共振传递和激子传输能量。研究了其敏化发光的机理，同时研究了Bi3+的最佳掺杂浓度。Pr3+和Sm3+的加入使Eu3+离子发光强度增强，敏化的能量传递过程可能是声子支助的共振转移，研究了其敏化发光的机理，同时研究了Pr3+和Sm3+的最佳掺杂浓度。当Eu3+离子和Tb3+离子共存于CaO-B2O3-SiO2体系时，会发生了电子的传递：Eu3+（4f6）+Tb3+（4f8）→Eu2+（4f7）+Tb4+（4f7）Eu3+（4f6）离子趋向于得到一个电子形成更稳定的电子构型Eu2+（4f7），而Tb3+（4f8）离子趋向于失去一个电子形成更稳定的电子构型Tb4+（4f7）。Gd3+的加入使Eu3+离子发光强度增强，研究了其能量传递机理，同时研究了Gd3+的最佳掺杂浓度。Bi3+的加入使Sm3+离子发光强度大幅度增强，Bi3+和Sm3+之间以共振传递为主，而不属于光的再吸收能量传递和激子传输能量。研究表明，Bi3+→Sm3+的能量传递是电偶极．电四极的相互作用，同时研究了Bi3+的最佳掺杂浓度。Mn2+的加入使Sm3+离子发光强度大幅度增强，研究表明，Mn2+→Sm3+的能量传递是电偶极-电四极的相互作用，同时研究了Mn2+的最佳掺杂浓度。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 农用转光材料
• 1.1.1 农用转光材料的特点及要求
• 1.1.2 植物生长灯用转光材料
• 1.1.3 塑料薄膜用转光材料
• 1.2 稀土原子和离子的电子组态及离子价态
• 3+、Eu²⁺、Sm³⁺、Pr³⁺)发光特点'>1.3 稀土离子(Eu³⁺、Eu²⁺、Sm³⁺、Pr³⁺)发光特点
• 2+的发光特点'>1.3.1 Eu²⁺的发光特点
• 3+的发光特点'>1.3.2 Eu³⁺的发光特点
• 3+)的发光特点'>1.3.3 钐离子(Sm³⁺)的发光特点
• 3+)的发光特点'>1.3.4 镨离子(Pr³⁺)的发光特点
• 1.4 本课题的研究目的、意义和主要内容
• 第二章 稀土转光玻璃的制备
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器设备
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 玻璃材料的生长条件及其相关因素
• 2.3.2 光学玻璃制造对原材料的要求
• 2.3.3 玻璃形成区
• 2.3.4 温度与玻璃形成的关系
• 2.3.5 玻璃厚度对发光强度的影响
• 2O₃/SiO₂比例对发光强度的影响'>2.3.6 B₂O₃/SiO₂比例对发光强度的影响
• 2.3.7 玻璃体中基质的成分对发光强度的影响
• 2.4 小结
• 2O₃-SiO₂:Eu³⁺玻璃中Eu³⁺的荧光性质研究'>第三章 CaO-B₂O₃-SiO₂:Eu³⁺玻璃中Eu³⁺的荧光性质研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器设备
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 玻璃的激发光谱
• 3.3.2 玻璃的发射光谱
• 3+浓度对发光强度的影响'>3.3.3 掺杂Eu³⁺浓度对发光强度的影响
• 3.4 小结
• 2O₃-SiO₂:Eu²⁺玻璃中Eu²⁺的荧光性质研究'>第四章 CaO-B₂O₃-SiO₂:Eu²⁺玻璃中Eu²⁺的荧光性质研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 仪器设备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 玻璃的发光性质
• 2+的发光强度与浓度的关系'>4.3.2 玻璃中Eu²⁺的发光强度与浓度的关系
• 2+的发光性质与合成条件的关系'>4.3.3 玻璃中Eu²⁺的发光性质与合成条件的关系
• 2+的ESR性质与能级图'>4.3.4 玻璃中Eu²⁺的ESR性质与能级图
• 4.4 小结
• 2O₃-SiO₂:Sm³⁺玻璃中Sm³⁺的荧光性质研究'>第五章 CaO-B₂O₃-SiO₂:Sm³⁺玻璃中Sm³⁺的荧光性质研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂
• 5.2.2 仪器设备
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 样品的吸收光谱
• 5.3.2 玻璃的激发光谱
• 5.3.3 玻璃的发射光谱
• 3+浓度对发光强度的影响'>5.3.4 掺杂Sm³⁺浓度对发光强度的影响
• 5.4 小结
• 2O₃-SiO₂:Ce以及Sm、Ce玻璃中稀土离子的荧光性质研究'>第六章 CaO-B₂O₃-SiO₂:Ce以及Sm、Ce玻璃中稀土离子的荧光性质研究
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试剂
• 6.2.2 仪器设备
• 6.2.3 实验方法
• 6.3 结果与讨论
• 2O₃-SiO₂:Ce³⁺玻璃的激发光谱'>6.3.1 CaO-B₂O₃-SiO₂:Ce³⁺玻璃的激发光谱
• 2O₃-SiO₂:Ce³⁺玻璃的发射光谱'>6.3.2 CaO-B₂O₃-SiO₂:Ce³⁺玻璃的发射光谱
• 2O₃-SiO₂:Sm₂O₃-CeO₂的激发光谱'>6.3.3 CaO-B₂O₃-SiO₂:Sm₂O₃-CeO₂的激发光谱
• 2O₃-SiO₂:Sm₂O₃-CeO₂的发射光谱'>6.3.4 CaO-B₂O₃-SiO₂:Sm₂O₃-CeO₂的发射光谱
• 6.4 小结
• 2O₃-SiO₂:pr³⁺玻璃中Pr³⁺的荧光性质研究'>第七章 CaO-B₂O₃-SiO₂:pr³⁺玻璃中Pr³⁺的荧光性质研究
• 7.1 前言
• 7.2 实验部分
• 7.2.1 试剂
• 7.2.2 仪器设备
• 7.2.3 实验方法
• 7.3 结果与讨论
• 2O₃-SiO₂:Pr³⁺玻璃的激发光谱'>7.3.1 CaO-B₂O₃-SiO₂:Pr³⁺玻璃的激发光谱
• 2O₃-SiO₂:pr³⁺玻璃的发射光谱'>7.3.2 CaO-B₂O₃-SiO₂:pr³⁺玻璃的发射光谱
• 2O₃-SiO₂:pr³⁺玻璃的浓度猝灭效应'>7.3.3 CaO-B₂O₃-SiO₂:pr³⁺玻璃的浓度猝灭效应
• 3+光谱参数的拟合'>7.3.4 Pr³⁺光谱参数的拟合
• 7.4 小结
• 2O₃-SiO₂玻璃中的敏化现象及其敏化机理的研究'>第八章 共激活CaO-B₂O₃-SiO₂玻璃中的敏化现象及其敏化机理的研究
• 8.1 前言
• 8.2 实验部分
• 8.2.1 试剂
• 8.2.2 仪器设备
• 8.2.3 实验方法
• 8.3 基本理论
• 8.3.1 能量传输
• 8.3.2 敏化发光与敏化剂
• 8.4 结果与讨论
• 3+对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究'>8.4.1 Bi³⁺对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究
• 3+对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究'>8.4.2 Pr³⁺对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究
• 3+对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究'>8.4.3 Sm³⁺对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究
• 3+对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究'>8.4.4 Tb³⁺对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究
• 3+对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究'>8.4.5 Gd³⁺对Eu³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究
• 3+对Sm³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究'>8.4.6 Bi³⁺对Sm³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究
• 3+对Sm³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究'>8.4.7 Mn³⁺对Sm³⁺的敏化发光及其敏化机理的研究
• 8.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果