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高纯荧光材料Y2O2S的制备及其Ti离子掺杂的光学性质的研究

2020-12-07阅读(221)

高纯荧光材料Y2O2S的制备及其Ti离子掺杂的光学性质的研究

论文摘要

近年来,由于发光材料被广泛应用于各个领域,其制备工艺及其光学特性的研究成为人们广泛关注的研究课题,其中对以Y2O2S为基质掺杂的发光材料的制备和光学性能的研究是材料物理研究的热点问题之一。由于S的熔点和沸点与Y2O3的差别很大,取得高质量Y2O2S非常困难。我们改进了固相反应工艺,在不添加任何助溶剂,不用石墨坩埚的情况下,直接使Y2O3和S高温汽固相反应而得到高质量的Y2O2S,避免了污染,简化了传统的生产工艺,提高了以Y2O2S为基质的掺杂发光材料的发光效率。X射线衍射谱分析结果显示用此方法制备的Y2O2S样品的相纯度极高,没有第二相或杂质峰。对Y2O2S进行了可见拉曼研究,结果表明Y2O2S的四个特征峰清晰且与前人的理论和实验结果一致。而新工艺生产的Ti0.09Y1.91O2S的荧光强度较传统工艺生产的Ti0.09Y1.91O2S荧光强度提高了23倍左右。由于获得高质量的掺杂Y2O2S发光材料比较困难,其光学和其他物理性能的研究受到了限制,目前世界上只有少数几个实验室进行了Y2O2S的拉曼研究,例如:Shigeru Yokono V.A.Antonov等人对Y2O2S的拉曼散射进行了分析研究,而Y2O2S的拉曼谱的温度效应尚缺乏系统研究。由于晶格振动与材料的许多性能有关,变温拉曼谱的研究也成为人们广泛关注的研究焦点之一。以往的研究表明这类温度效应主要与晶格势能内的非简谐项与晶格体积的热效应有关。为研究温度变化对Y2O2S晶格动力学的影响,我们对Y2O2S进行了可见光、紫外变温拉曼的研究,结果表明:Y2O2S拉曼散射峰位和半高全峰宽（FWHM）是温度的函数,对实验曲线进行Lorentz拟合,探讨不同振动模的能隙与温度的关系,发现由于晶格内原子分布在各个晶格方向的不同所导致晶格各向异性,也导致拉曼散射中不同散射模遵从不同的温度关系。此外,自Murazaki等人发现镁和钛掺杂的Y2O2S具有荧光和长余辉效应以来,Ti掺杂的荧光材料引起了人们广泛的关注,有很多报道讨论了Ti掺杂材料例如:Ti掺杂KTiOPO4,Al2O3,ZnO,NaCl,Y2O2S等的荧光特征,并且很多物理模型被提出,用来解释发现的实验现象。但是,据我们所知,至今没有关于Ti掺杂Y2O3的荧光方面的报道,而且有很多Ti掺杂发光材料的物理问题有待解决。在本文中,我们系统的研究了Ti0.09Y1.91O3和Ti0.09Y1.91O2S的电子结构和发光行为的关系。S对O的替代使立方晶格的Ti0.09Y1.91O3畸变为三角结构的Ti0.09Y1.91O2S,也促使其能带结构和荧光光谱发生了改变。XPS分析表明:Ti0.09Y1.91O3和Ti0.09Y1.91O2S中的Ti离子都处于四价态,不存在Ti2+和Ti3+,而且Ti0.09Y1.91O2S中的Ti离子的2p心能级和价带都相对于Ti0.09Y1.91O3中的Ti离子参量发生了明显的相对位移。这种电子结构的变化导致了Ti0.09Y1.91O2S的荧光相对于Ti0.09Y1.91O3的荧光发生了101nm的位移,同时也导致了Ti0.09Y1.91O2S的383nm上转换峰的出现,而在Ti0.09Y1.91O3中没有发现上转换效应。我们提出了一个模型来解释这一上转化效应的,并将其归结为双光子效应。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 综述部分
  • 第一章 固体发光材料
  • 1.1 发光原理
  • 1.2 光致发光材料
  • 1.3 上转换材料及其发光原理
  • 1.4 高温固相法制备发光材料
  • 参考文献
  • 第二章 拉曼光谱
  • 2.1 拉曼散射简介
  • 2.2 拉曼散射机理
  • 2.3 拉曼光谱法的特点
  • 2O2S的拉曼光谱研究'>2.4 Y2O2S的拉曼光谱研究
  • 参考文献
  • 第三章 荧光光谱的基本理论
  • 3.1 荧光基本概念
  • 3.2 荧光的产生
  • 3.3 荧光与结构的关系
  • 3.4 荧光的基本参数
  • 3.5 荧光光谱的研究方法及其特征
  • 3.6 实验条件对荧光光谱的影响
  • 3.7 Ti离子的荧光光谱
  • 参考文献
  • 实验部分
  • 2O2S的制备'>第一章 高纯Y2O2S的制备
  • 1.1 引言
  • 1.2 实验
  • 1.3 结果与分析
  • 1.4 结论
  • 参考文献
  • 2O2S可见变温拉曼光谱的研究'>第二章 Y2O2S可见变温拉曼光谱的研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 实验
  • 2.3 结果与分析
  • 2.4 结论
  • 参考文献
  • 2O2S紫外变温拉曼光谱的研究'>第三章 Y2O2S紫外变温拉曼光谱的研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 实验
  • 3.3 结果与分析
  • 3.4 结论
  • 参考文献
  • 2O2S发光材料的光谱研究'>第四章 Ti掺杂的Y2O2S发光材料的光谱研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 实验
  • 4.3 结果与讨论
  • 4.3 结论
  • 参考文献
  • 2O2S及其掺杂荧光材料的制备与光学性质研究的展望'>高纯Y2O2S及其掺杂荧光材料的制备与光学性质研究的展望
  • 附录：攻读硕士期间论文发表情况
  • 致谢

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