稀土钒酸盐Ca9R（VO4）7（R=稀土离子，Y，Bi）的合成和发光性能研究

论文摘要

稀土离子掺杂的材料在发光显示、激光器件和生物医学等诸多领域得到了广泛应用。钒酸盐发光材料具有稳定的发光效率,在PDP、FED、LED等领域显示出极好的应用价值,已成为近年来国内外学者研究的热点方向之一。稀土钒酸盐由于具有良好的化学稳定性和热稳定性,可以广泛地用作发光材料的基质。本论文选择了具有Ca3（VO4）2结构的稀土钒酸盐Ca9R（VO4）7 （R为稀土离子La3+-Lu3+和Bi3+、Y3+离子）,用高温固相反应制备了稀土钒酸盐发光粉。并对其结构进行了表征,详细研究了Ca9R（VO4）7的激发和发射光谱、发光衰减、发光的热稳定性和潜在的应用;利用结构探针离子Eu3+的激光位置选择激发和发射光谱技术,分析了Ca9R（VO4）7中稀土离子的结晶学位置特征。第三章,用XRD、DTA、FT-IR和Raman等测试方法研究了稀土钒酸盐Ca9R（VO4）7 （R=Y, Bi, La–Lu）的结构组成,分析了其空间群,结构特征等。结果表明Ca9R（VO4）7具有纯相的Ca3（VO4）2结构,空间群为R3c,Z=21。R3+离子掺入晶格后取代Ca2+离子的位置,形成置换型固溶体。稀土离子掺杂后,晶胞体积的变化遵循镧系收缩的规律,Ca9R（VO4）7的晶胞体积随着稀土离子R3+离子半径的增大而增大。通过FT-IR和Raman光谱,对晶格中的V-O和R-O振动模式进行了详细比较和分析。第四章,研究了Ca9Eu（VO4）7荧光粉的发光光谱特征。激发光谱在200-450 nm范围内具有很宽的吸收带,来自VO43?基团的吸收和Eu3+离子的f–f跃迁,该激发波段和在InGaN基LED芯片的近紫外光的发光非常匹配,从发光光谱看出该荧光粉能发出强烈的红发光（614nm）,来自Eu3+离子的5D0→7F2的电偶极跃迁;Ca9Eu（VO4）7荧光粉具有很高的发光猝灭温度,到150℃时发光强度仅下降到室温时的72%;并且随着温度的升高发光色度稳定（x=0.65, y=0.35）,是一种具有潜在应用的红发光材料。利用Eu3+的激光位置选择激发和发射光谱技术分析了Eu3+离子在Ca9Eu（VO4）7中的晶体学格位,结果表明,Eu3+离子占据三种格位,且占位高度有序。第五章,系统研究了Ca9Dy（VO4）7荧光粉的发光特征,并分析了掺杂Eu3+和Bi3+离子后对其发光性能的影响。结果表明Dy3+离子能同时发黄光和蓝光,483nm处的发光峰来自4F9/2→6H13/2跃迁,573nm处的发光峰来自4F9/2→6H11/2跃迁,通过调节黄光与蓝光的相对强度（Y/B）可以得到白光,且发光色度很好（x=0.38, y=0.40）,靠近白光中心。Ca9Dy（VO4）7比YVO4:Dy3+更适合应用于白光LED荧光粉。掺杂Eu3+离子后,Dy3+和Eu3+离子能共同发光。Bi3+离子掺杂对Dy3+的发光寿命有猝灭作用。第六章,分析了Eu3+离子掺杂稀土钒酸盐Ca9R（VO4）7 （R = Bi3+, La3+, Sm3+, Gd3+, Y3+, Lu3+）的发光性能。结果表明:Ca9Bi（VO4）7:Eu3+中,Bi3+离子对Eu3+离子的发光有敏化作用;Ca9Gd（VO4）7:Eu3+中,发生Gd3+→[VO4]3-→Eu3+的能量传递;Ca9Sm（VO4）7:Eu3+中,Sm3+离子与Eu3+离子同时存在发光。本论文创新点是系统研究了稀土钒酸盐Ca9R（VO4）7 （R = La-Lu,和Bi3+、Y3+）的结构、发光性能及其发光的衰减特征;首次利用Eu3+离子的激光位置选择激发和发射光谱技术研究了Ca9R（VO4）7的微结构特点,以及稀土离子在基质中的占位问题;首次研究了稀土钒酸钙中两种稀土离子掺杂后对其发光性能的影响,以及另一种稀土离子对Eu3+离子发光的作用。对于稀土钒酸盐Ca9R（VO4）7的进一步开发应用具有重要的参考和借鉴价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.1.1 发光简介
• 1.1.2 稀土发光
• 1.2 白发光LED 的研究
• 1.3 钒酸盐发光材料
• 1.3.1 钒酸盐材料概述
• 1.3.2 稀土钒酸盐发光材料
• 3（V0₄）₂ 基发光材料'>1.3.3 Ca₃（V0₄）₂基发光材料
• 1.4 论文研究的主要出发点和研究内容
• 1.4.1 主要出发点
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 参考文献
• 2 样品制备及仪器分析
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器装置
• 2.3 稀土钒酸盐的制备
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 XRD
• 2.4.2 热分析
• 2.4.3 红外光谱
• 2.4.4 拉曼光谱
• 2.4.5 激发光谱和发射光谱
• 2.4.6 发光衰减
• 2.5 参考文献
• 9R（V0₄）₇（R＝Y, Bi, La–Lu）的结构表征'>3 Ca₉R（V0₄）₇（R＝Y, Bi, La–Lu）的结构表征
• 3.1 引言
• 3.2 XRD 分析物相组成和结构
• 3.3 热分析
• 3.4 FT-IR 和Raman 分析
• 3.5 本章小结
• 3.6 参考文献
• 9Eu（V0₄）₇ 的发光特征'>4 Ca₉Eu（V0₄）₇的发光特征
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 4.4 参考文献
• 9Dy（V0₄）₇ 的发光性能和潜在应用'>5 Ca₉Dy（V0₄）₇的发光性能和潜在应用
• 5.1 引言
• 5.2 结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 5.4 参考文献
• 3+掺杂其它稀土钒酸盐的发光研究'>6 Eu³⁺掺杂其它稀土钒酸盐的发光研究
• 6.1 引言
• 6.2 结果与讨论
• 3+掺杂Ca₉Bi（V0₄）₇ 的发光性能'>6.2.1 Eu³⁺掺杂Ca₉Bi（V0₄）₇的发光性能
• 3+掺杂Ca₉Lu（V0₄）₇ 的发光性能'>6.2.2 Eu³⁺掺杂Ca₉Lu（V0₄）₇的发光性能
• 3+掺杂Ca₉R（V0₄）₇ （R = La, Sm, Gd, Y）的发光性能'>6.2.3 Eu³⁺掺杂Ca₉R（V0₄）₇ （R = La, Sm, Gd, Y）的发光性能
• 6.3 本章小结
• 6.4 参考文献
• 7 全文总结
• 发表文章目录
• 致谢