稀土掺杂NaY(Gd)F4氧氟微晶玻璃的制备及其光学性能研究
随着新材料的不断发展和广泛应用，微晶玻璃越来越备受关注。特别的，氧氟微晶玻璃由于不但拥有氟化物声子能量低，稀土可溶性高的特质，同时兼备了氧化物在化学、热学稳定性和机械性能方面的优良性能，成为了稀土发光材料的研究热点。 本文以铝硅酸盐二元系玻璃为基础，通过调整玻璃组分，成功制备了稀土掺杂的含 NaYF4、NaReF4（Re=Y/Gd）、NaGdF4微晶的氧氟微晶玻璃，并利用差热分析（DTA）、热膨胀系数（CTE）、X射线衍射分析（XRD）、扫描透射电子显微镜（STEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、荧光光谱等分析测试方法对稀土掺杂氧氟微晶玻璃进行了研究。从结构上研究了微结构变化、热稳定性、析晶机理、微晶的种类、大小和分布等；从光学性能上研究了发光强度、发光机理及荧光寿命等。 通过熔融法与热处理工艺获得了 Dy3+单掺和Dy3+/Tb3+共掺的氧氟铝硅酸盐微晶玻璃，XRD结果表明析出的氟化物晶相为α-NaYF4，TEM结果显示析出的纳米晶颗粒大小均一、分布均匀，微晶玻璃透明性良好。在350nm激发下，Dy3+单掺样品呈现出典型的蓝色和黄色光发射；在Dy3+/Tb3+共掺样品中通过调节 Dy3+和Tb3+离子掺杂浓度比，调整 Dy3+离子和Tb3+的特征发射的相对强度，实现了紫外光激发下强的白光发射。 通过调整氧氟微晶玻璃组分的相对含量和热处理工艺优化，实现了析出晶相由α-NaYF4到β-NaYF4的相转变过程，并根据 FTIR、XRD、热膨胀系数等对相转变机制进行了探讨。采用 Eu3+作为探针离子，分析了相转变对稀土离子在微晶玻璃中的对称性和发光性能进行研究，证实了稀土离子成功进入到微晶玻璃的结晶相中。在980nm激光泵浦下，在Er3+/Yb3+共掺微晶玻璃中可以观察到强的上转换绿光发射，与析出α-NaYF4微晶玻璃相比，析出β-NaYF4微晶玻璃的上转换发光强度提高了近200倍。 通过传统熔融法制得了 Dy3+单掺、Dy3+/Ce3+共掺、Dy3+/Tm3+共掺的氧氟铝硅酸盐玻璃，在600、650、700、750、800摄氏度分别热处理后得到了含不同尺寸的纳米晶粒的NaGdF4微晶玻璃。通过 XRD、TEM和STEM确定了晶粒的大小，相结构和组成。并对700度热处理的微晶玻璃进行 EDS分析，结果表明在该温度下热处理的样品内，晶粒被硅富集壳层包覆。在750摄氏度热处理的微晶玻璃的XRD图样中也出现了SiO2的特征峰。进一步结合玻璃和各微晶玻璃的FTIR光谱，证明了壳层的存在。测定热膨胀系数曲线得到了玻璃和玻璃陶瓷的特征温度 Tg（玻璃化转变温度），Tf（玻璃软化温度），结合 Vogel–Fulcher–Tamman公式计算得到了样品的粘度随温度变化关系，即相同温度下，残余玻璃相的粘度随着结晶的进行有所提高。对不同 Dy3+掺杂浓度的微晶玻璃进行发射光谱和激发光谱测试，分析得到了 Dy3+的淬灭浓度为0.5％mol。利用 Ce3+→Dy3+离子间的能量传递过程，调节 Ce3+和Dy3+掺杂浓度比，成功实现了的白光发射，色坐标达到(0.315,0.334)。通过稀土离子Dy3+/T m3+掺杂，利用 Dy3+→T m3+离子间的能量传递过程，调节 C e3+和Dy3+掺杂浓度比，成功实现了高效的白光发射，色坐标达到(0.320,0.332)。发射强度和CIE坐标可由 Dy3+/Tm3+掺杂浓度比调节。该掺杂材料在紫外激发的W-LED照明应用中展现出非常大的潜力。
氧氟微晶玻璃;光学性能;发光材料;稀土离子;熔融法
中国计量学院
硕士
材料物理与化学
赵士龙;徐时清
2015
中文
TQ171.733;TQ171.112
88
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）