稀土掺杂钠钙硅系玻璃及微晶玻璃光谱性质的研究

论文摘要

玻璃具有均匀、透明性好、化学稳定性好、各向同性等特点,易于制成各种不同尺寸和形状的产品,诸如纤维等异形制品及大尺寸制品。玻璃中可以掺杂较高浓度的稀土离子,因此玻璃材料是制备光学材料的良好基质材料。稀土离子特殊的4f电子结构使其具有优良的荧光特性,如发光色度纯、物化性质稳定、转换效率高等特点。钠钙硅酸盐玻璃是最常见也是用途最广泛的一种玻璃材料,主要应用于建筑、汽车,装饰、照明、光电等领域,且其用到的原料便宜,制备工艺成熟,因此研究稀土离子在钠钙硅酸盐玻璃中的发光是有实际应用意义的。本文通过制备一系列玻璃样品,采用吸收光谱、激发光谱和发射光谱等表征了稀土离子掺杂的光谱性质。研究了钠钙硅玻璃掺杂不同浓度Eu3+的荧光性能、Sb3+对Eu3+荧光性能的影响、碱土金属及碱金属氧化物取代对Eu3+荧光性能的影响、B203取代等量Si02对Eu3+荧光性能的影响及Dy3+对Eu3+发光的敏化作用；Sm3+单掺和Sm3+、Ce3+共掺的荧光性能；Tb3+掺杂玻璃及微晶玻璃光谱性质。1.研究了Eu3+在钠钙硅酸盐基质玻璃中的吸收光谱、激发光谱、发射光谱,并归属其相应能级跃迁,掺杂玻璃可以吸收紫外光和可见光发射橙红色光。在掺杂浓度0-1.0mo1%范围内没有观察到浓度猝灭现象。当用Sb3+与Eu3-共掺时,Sb3+在一定程度上可以将吸收得到的部分能量传递给Eu3+,且随Sb3+/Eu3+比值增大敏化发光效率越高。2.不同碱金属氧化物取代部分Na2O时对Eu3+掺杂钠钙硅酸盐玻璃的荧光强度按Li+、K+、Na+次序增强；不同碱土金属氧化对Eu3+掺杂钠钙硅酸盐玻璃的荧光强度按Sr2+、Ca2+、Mg2+的顺序依次增强。3.适量B203等量取代Si02后,发现在蓝光区出现Eu2+发射峰,说明中Eu3+和Eu2+两种离子同时存在,且Eu3+-Eu2+的转化效率随B203/SiO2的比值增大而提高,红外光谱分析表明,[SiO4]、[BO4]、[BO3]构成了玻璃的网络结构,稀土离子处于网络结构空隙之中4.Dy3+可以敏化Eu3+发光,当Dy3+浓度的增加,除了提高其自身的发射之外,还能将部分能量传递给Eu3+敏化其发光,当Eu3+/Dy3+两者浓度比为1：2时,敏化效果最好。在用394nm激发发射时,共掺体系出现了蓝、黄、红发射,三者的相对强度比约为1：1.5：2.3,可以调整浓度使复合发射出多种颜色。5.研究了Sm3+在钠钙硅酸盐基质玻璃中的吸收光谱、激发光谱、发射光谱,归属相应能级跃迁。分析了掺杂Sm3+离子浓度对荧光强度的影响,确定了Sm3+在该玻璃基质中的最佳掺杂浓度为0.8mo1%。研究了Ce3+-和Sm3+共掺基质玻璃中的光谱性质,分析了两种稀土离子在基质玻璃中可能的能量传递机制。研究发现,Ce3+对Sm3+的敏化起到良好效果。6.研究了Tb3+在钠钙硅酸盐基质玻璃和微晶玻璃中的激发光谱、发射光谱,归属相应能级跃迁；讨论了掺杂Tb3+离子浓度对荧光强度的影响。研究表明在该玻璃基质中有浓度猝灭效应,随热处理的进行,Tb3+离子之间存在能量的内部转移,蓝光区域发射减弱,绿光区的特征发射加强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 固体的发光
• 1.2.1 发光过程
• 1.2.2 影响发光的因素
• 1.2.3 发光材料性能表征
• 1.3 稀土光谱理论
• 1.3.1 稀土离子4f电子特性
• 1.3.2 稀土离子的跃迁选择定则和电荷迁移带
• 1.3.3 稀土离子的发光特征
• 1.3.4 不同稀土离子的发光颜色
• 1.3.5 稀土离子的发光原理
• 1.4 发光玻璃的种类与制备
• 1.4.1 发光玻璃
• 1.4.2 发光微晶玻璃
• 1.4.3 稀土元素在玻璃中的应用
• 1.5 稀土离子掺杂发光玻璃研究现状
• 1.6 本课题研究目的和意义
• 第2章 实验方法及测试
• 2.1 实验流程
• 2.2 实验原料
• 2.3 样品制备
• 2.4 性能表征
• 2.4.1 紫外-可见吸收光谱
• 2.4.2 荧光光谱分析
• 2.4.3 红外光谱
• 2.4.4 差热分析（DSC）
• 2.4.5 XRD
• 2.4.6 SEM
• 2.5 稀土氧化物的选择
• 3+掺杂钠钙硅玻璃光谱性质的研究'>第3章 Eu³⁺掺杂钠钙硅玻璃光谱性质的研究
• 3+单掺钠钙硅玻璃光谱性质的研究'>3.1 Eu³⁺单掺钠钙硅玻璃光谱性质的研究
• 3.1.2 吸收光谱
• 3.1.3 荧光光谱
• 3+掺杂浓度对发光性能的影响'>3.1.4 Eu³⁺掺杂浓度对发光性能的影响
• 3.1.5 基质玻璃的红外光谱分析
• 3+对钠钙硅玻璃中Eu³⁺光谱性质的影响'>3.2 Sb³⁺对钠钙硅玻璃中Eu³⁺光谱性质的影响
• 3+掺杂硅酸盐玻璃的激发和发射光谱'>3.2.1 Sb³⁺掺杂硅酸盐玻璃的激发和发射光谱
• 3+对Eu³⁺发光性能的影响'>3.2.2 Sb³⁺对Eu³⁺发光性能的影响
• 3.3 碱土及碱金属氧化物对发光性能的影响
• 3.3.1 碱土金属氧化物对发光性能的影响
• 3.3.2 碱金属氧化物对发光性能的影响
• 2O₃对玻璃发光性能的影响'>3.4 B₂O₃对玻璃发光性能的影响
• 2O₃取代不同量SiO₂红外光谱分析'>3.4.1 B₂O₃取代不同量SiO₂红外光谱分析
• 2O₃取代不同量SiO₂对掺杂Eu³⁺发光性能的影响'>3.4.2 B₂O₃取代不同量SiO₂对掺杂Eu³⁺发光性能的影响
• 3+对Eu³⁺掺杂钠钙硅玻璃光谱性能的影响'>3.5 Dy³⁺对Eu³⁺掺杂钠钙硅玻璃光谱性能的影响
• 3+的激发光谱和发射光谱'>3.5.1 Dy³⁺的激发光谱和发射光谱
• 3+对Eu³⁺发光性能的影响'>3.5.2 Dy³⁺对Eu³⁺发光性能的影响
• 3.6 本章小结
• 3+掺杂钠钙硅玻璃光谱性质的研究'>第4章 Sm³⁺掺杂钠钙硅玻璃光谱性质的研究
• 4.1 吸收光谱
• 4.2 激发光谱和发射光谱
• 4.3 浓度的影响
• 3+对Sm³⁺发光性能的影响'>4.4 Ce³⁺对Sm³⁺发光性能的影响
• 3+的激发和发射光谱'>4.4.1 Ce³⁺的激发和发射光谱
• 3+对Sm³⁺发光性能的影响'>4.4.2 Ce³⁺对Sm³⁺发光性能的影响
• 4.5 本章小结
• 3+离子掺杂Na₂O-CaO-SiO₂玻璃及微晶玻璃光谱性质的研究'>第5章 Tb³⁺离子掺杂Na₂O-CaO-SiO₂玻璃及微晶玻璃光谱性质的研究
• 3+掺杂玻璃发光性能'>5.1 Tb³⁺掺杂玻璃发光性能
• 5.1.1 激发和发射光谱
• 3+发光'>5.1.2 不同波长光激发Tb³⁺发光
• 5.1.3 浓度的影响
• 3+掺杂钠钙硅微晶玻璃的制备'>5.2 Tb³⁺掺杂钠钙硅微晶玻璃的制备
• 5.2.1 差热分析（DSC）
• 5.2.2 X射线衍射分析（XRD）
• 5.2.3 扫描电镜分析（SEM）
• 5.3 荧光光谱分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表的论文