dy掺杂单一基质白光荧光li3ba2la3(wxmo1xo4)8的发光性能研究
摘 要随着社会与科技的进步，以及应用领域的拓展，稀土荧光材料凭借其稳定的物理性质和优秀的发光性能在照明、显示器、检测设备等多个领域得到越来越广泛的应用。稀土离子Dy3+受激发时可发蓝光和黄光，通过调节黄光和蓝光的强度比(Y/B)，可以获得白光。钨/钼酸盐基体能有效吸收近紫外区域的光，并能将吸收的能量有效的传递给掺杂基体中的激活离子。本实验采用高温固相反应法，制备了一系列不同钨钼比例及其他稀土元素的基质材料，以及不同掺杂Dy3+浓度的Li3Ba2La3(WxMo1-xO4)8荧光粉体。本实验对样品进行X-射线衍射(XRD)、荧光光谱以及荧光寿命的表征，研究了其结构及发光特性。通过荧光光谱的测试与分析，确定了荧光粉体最佳的基质材料及Dy3+掺杂浓度。实验结果表明：当Li3Ba2Ln3(WxMo1-xO4)8荧光粉中，Ln=La；x=1；Dy3+掺杂浓度的掺杂浓度为16at%时，荧光粉的发光性能最佳。荧光粉的热发光猝灭性即荧光粉随着温度的升高，其发光性能随之降低，高温荧光图谱能够很清晰的表明这一性质。
目 录
1.前言 1
1.1稀土元素的简介 1
1.1.1稀土离子发光原理 1
1.1.2三价稀土离子特性 2
1.1.3Dy3+的发光特性 3
1.2稀土发光材料 4
1.2.1稀土发光材料的组成和发光原理 4
1.2.2稀土发光材料的分类 5
1.2.3钨钼酸盐基质发光材料 6
1.3 稀土荧光粉的制备方法 6
1.3.1 高温固相反应法 6
1.3.2溶胶凝胶法 7
1.3.3化学沉淀法 7
1.3.4微波辅助加热反应 7
1.3.5燃烧法 8
1.3.6喷雾热分解法 8
1.4稀土发光材料的应用 8
1.5本课题的研究目的、内容和意义 9
2．实验部分 10
2.1 实验药品 10
2.2 实验仪器 10
2.3 实验方法 11
2.4样品的测试与表征 11
2.4.1XRD表征 11
2.4.2 荧光光谱的测
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
试与分析 12
2.4.3 荧光粉的色度学表征 12
2.4.4荧光寿命 12
2.4.5量子效率 12
3．结果与讨论 13
3.1 Dy3+掺杂Li3Ba2La3(WxMo1xO4)8荧光粉的结构及发光性能 13
3.1.1 XRD分析 13
3.1.2掺杂8%Dy3+的Li3Ba2La3(WO4)8荧光粉的激发和发射光谱 13
3.2不同钨钼比例对 Dy3+ 掺杂荧光粉的影响 15
3.3 Ln改变对荧光粉Dy3+:Li3Ba2Ln3(WO4)8荧光粉发光性能的影响 16
3.4掺杂不同浓度的Dy3+对Li3Ba2La3(WO4)8荧光粉光谱 17
3.5 Dy3+:Li3Ba2La3(WO4)8荧光粉的热猝灭性能 17
3.6荧光寿命与量子效率 18
3.7Dy3+:Li3Ba2La3(WO4)8荧光粉的色坐标 19
结 论 20
参考文献 21
致 谢 22
1.前言
1.1稀土元素的简介
稀土元素[1]是17种元素的总称，它们是化学元素周期表中15种原子序数从57号到71号镧系元素再加上钇和钪共17种元素。这些元素在1794年，由芬兰科学家J.G adolin在瑞典产的较为稀少的矿物中首先发现的。由于这些元素性质极其相似（稀土元素的化学性质是由其外层电子结构决定的，而所有稀土元素外层电子结构相似），元素性质不活泼，分离难度大，不易被还原为金属，并且这些氧化物不溶于水，其外观与土相似等原因，导致当时人们错误的认为稀土的含量比较少，所以这些元素被命名为稀土壤，并一直沿用到今天。然而，现实情况是：在地球的表层中，稀土元素的含量却很多，甚至比Cu，Zn，Sn，Ni等如今生活中常见的元素含量也要多一点。
稀土类金属元素[2]被广泛地用作为发光材料的主晶格，激活离子，敏化剂和基质，凡应用到稀土元素的发光材料都被称为稀土发光材料。
中国的稀土资源相当丰富，至今已查明世界稀土资源中，我国拥有80%，而且品种齐全几乎拥有所有的稀土元素种类[3]。十九世纪八十年代以来，中国的稀土产量已位居世界第一，中国的稀土资源的开发在国民经济的发展中起到了关键性作用。虽然，我国的稀土资源丰富，但我国却没有掌握成熟实用的稀土提炼技术，我国能提供给国外的仅为未加工或轻微加工的稀土原矿，尽管单质稀土元素及其化合物价格不菲，绝大多数国家的稀土资源的来源相当程度上依赖于中国的提供，但我国出口原料的价格相对于成品稀土元素而言，可谓判若云泥。此外，在稀土原料的开采过程，所造成的环境污染也是一个难以解决且日益严重的问题。
近年来，我国政府已经意识到了稀土元素的重要性以及目前所存在的问题。并且，也采用了一系列的措施，相关的科学科研活动逐步展开。所以相信我国会由稀土生产大国变为稀土技术大国。
1.1.1稀土离子发光原理
稀土离子，主要是基态和激发态能级之间的区别，因为在这之间有丰富的能级（能级跃迁通道可多达20余万条），它们之间的转换是吸收光子和释放光子的过程，在这过程中可以将吸收的光能以各种形式波长发射。
稀土离子能够发光，是因为其在不同能级之间的跃迁产生的，它发光的本质是稀土离子的电偶极或者磁偶极跃迁。稀土离子的跃迁有以下的两种跃迁方式[4]：
稀土离子的ff跃迁。这种类型的跃迁源于4f层未成对电子的跃迁，而在4f层的外层即5s和5p电子层, 满状态的8个电子却未涉及，也就是指这种跃迁只在4f层内部发生。从选择定则可以得出，4f层内部跃迁本是不能进行，然而在样品的进行性能测试时有时却可以观察到这类现象的发生。这是因为在某些基质中，电偶极跃迁，由于受晶体场的影响，可因为“受迫”而被允许，其振子强度为l08105。当对称性偏离反演中心，或稀土离子偏离反演对称中心的基质格位时，晶体中的宇称选择定则会被放宽，最终使得部分ff的电偶极跃迁被允许的。由于稀土离子有未完全充满的4f层的存在，稀土发光材料拥有独特的光学性质相对于普通材料更具有优越性。
通常三价稀土离子（除Ce3+外），其余的发光都是由4f组态能级间的跃迁产生，同时加上外层5s25p6的电子遮蔽作用，其ff能级跃迁具有以下独特的特征[5]：
1) 浓度猝灭小(concentration quenching)；
2) 温度猝变小(temperature quenching)；
3) 对于发射波长影响小；
4) 线形或带状发射光谱，对温度依赖性小；
（2）稀土离子的fd跃迁。稀土掺杂离子发光不仅来自ff跃迁，也可以由fd跃迁获得。fd跃迁是指在4f能级中的电子在受到激发后，会跃迁到排列在它外围的5d能级。由于4f能级被外围的能级屏蔽，受到晶体场的作用会很小，而这种情况在5d能级中就截然相反。由于5d能级是属于裸露在外的，晶体场对其作用力会很强烈，因此fd跃迁的光谱与ff跃迁的光谱明显不同[6]。某些二价、三价的稀土离子，如Yb2+、Eu3+、Ce3+、Pr3+、Dy3+就具有4f5d间能阶跃迁[7,8]，该跃迁特征为：
目 录
1.前言 1
1.1稀土元素的简介 1
1.1.1稀土离子发光原理 1
1.1.2三价稀土离子特性 2
1.1.3Dy3+的发光特性 3
1.2稀土发光材料 4
1.2.1稀土发光材料的组成和发光原理 4
1.2.2稀土发光材料的分类 5
1.2.3钨钼酸盐基质发光材料 6
1.3 稀土荧光粉的制备方法 6
1.3.1 高温固相反应法 6
1.3.2溶胶凝胶法 7
1.3.3化学沉淀法 7
1.3.4微波辅助加热反应 7
1.3.5燃烧法 8
1.3.6喷雾热分解法 8
1.4稀土发光材料的应用 8
1.5本课题的研究目的、内容和意义 9
2．实验部分 10
2.1 实验药品 10
2.2 实验仪器 10
2.3 实验方法 11
2.4样品的测试与表征 11
2.4.1XRD表征 11
2.4.2 荧光光谱的测
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
试与分析 12
2.4.3 荧光粉的色度学表征 12
2.4.4荧光寿命 12
2.4.5量子效率 12
3．结果与讨论 13
3.1 Dy3+掺杂Li3Ba2La3(WxMo1xO4)8荧光粉的结构及发光性能 13
3.1.1 XRD分析 13
3.1.2掺杂8%Dy3+的Li3Ba2La3(WO4)8荧光粉的激发和发射光谱 13
3.2不同钨钼比例对 Dy3+ 掺杂荧光粉的影响 15
3.3 Ln改变对荧光粉Dy3+:Li3Ba2Ln3(WO4)8荧光粉发光性能的影响 16
3.4掺杂不同浓度的Dy3+对Li3Ba2La3(WO4)8荧光粉光谱 17
3.5 Dy3+:Li3Ba2La3(WO4)8荧光粉的热猝灭性能 17
3.6荧光寿命与量子效率 18
3.7Dy3+:Li3Ba2La3(WO4)8荧光粉的色坐标 19
结 论 20
参考文献 21
致 谢 22
1.前言
1.1稀土元素的简介
稀土元素[1]是17种元素的总称，它们是化学元素周期表中15种原子序数从57号到71号镧系元素再加上钇和钪共17种元素。这些元素在1794年，由芬兰科学家J.G adolin在瑞典产的较为稀少的矿物中首先发现的。由于这些元素性质极其相似（稀土元素的化学性质是由其外层电子结构决定的，而所有稀土元素外层电子结构相似），元素性质不活泼，分离难度大，不易被还原为金属，并且这些氧化物不溶于水，其外观与土相似等原因，导致当时人们错误的认为稀土的含量比较少，所以这些元素被命名为稀土壤，并一直沿用到今天。然而，现实情况是：在地球的表层中，稀土元素的含量却很多，甚至比Cu，Zn，Sn，Ni等如今生活中常见的元素含量也要多一点。
稀土类金属元素[2]被广泛地用作为发光材料的主晶格，激活离子，敏化剂和基质，凡应用到稀土元素的发光材料都被称为稀土发光材料。
中国的稀土资源相当丰富，至今已查明世界稀土资源中，我国拥有80%，而且品种齐全几乎拥有所有的稀土元素种类[3]。十九世纪八十年代以来，中国的稀土产量已位居世界第一，中国的稀土资源的开发在国民经济的发展中起到了关键性作用。虽然，我国的稀土资源丰富，但我国却没有掌握成熟实用的稀土提炼技术，我国能提供给国外的仅为未加工或轻微加工的稀土原矿，尽管单质稀土元素及其化合物价格不菲，绝大多数国家的稀土资源的来源相当程度上依赖于中国的提供，但我国出口原料的价格相对于成品稀土元素而言，可谓判若云泥。此外，在稀土原料的开采过程，所造成的环境污染也是一个难以解决且日益严重的问题。
近年来，我国政府已经意识到了稀土元素的重要性以及目前所存在的问题。并且，也采用了一系列的措施，相关的科学科研活动逐步展开。所以相信我国会由稀土生产大国变为稀土技术大国。
1.1.1稀土离子发光原理
稀土离子，主要是基态和激发态能级之间的区别，因为在这之间有丰富的能级（能级跃迁通道可多达20余万条），它们之间的转换是吸收光子和释放光子的过程，在这过程中可以将吸收的光能以各种形式波长发射。
稀土离子能够发光，是因为其在不同能级之间的跃迁产生的，它发光的本质是稀土离子的电偶极或者磁偶极跃迁。稀土离子的跃迁有以下的两种跃迁方式[4]：
稀土离子的ff跃迁。这种类型的跃迁源于4f层未成对电子的跃迁，而在4f层的外层即5s和5p电子层, 满状态的8个电子却未涉及，也就是指这种跃迁只在4f层内部发生。从选择定则可以得出，4f层内部跃迁本是不能进行，然而在样品的进行性能测试时有时却可以观察到这类现象的发生。这是因为在某些基质中，电偶极跃迁，由于受晶体场的影响，可因为“受迫”而被允许，其振子强度为l08105。当对称性偏离反演中心，或稀土离子偏离反演对称中心的基质格位时，晶体中的宇称选择定则会被放宽，最终使得部分ff的电偶极跃迁被允许的。由于稀土离子有未完全充满的4f层的存在，稀土发光材料拥有独特的光学性质相对于普通材料更具有优越性。
通常三价稀土离子（除Ce3+外），其余的发光都是由4f组态能级间的跃迁产生，同时加上外层5s25p6的电子遮蔽作用，其ff能级跃迁具有以下独特的特征[5]：
1) 浓度猝灭小(concentration quenching)；
2) 温度猝变小(temperature quenching)；
3) 对于发射波长影响小；
4) 线形或带状发射光谱，对温度依赖性小；
（2）稀土离子的fd跃迁。稀土掺杂离子发光不仅来自ff跃迁，也可以由fd跃迁获得。fd跃迁是指在4f能级中的电子在受到激发后，会跃迁到排列在它外围的5d能级。由于4f能级被外围的能级屏蔽，受到晶体场的作用会很小，而这种情况在5d能级中就截然相反。由于5d能级是属于裸露在外的，晶体场对其作用力会很强烈，因此fd跃迁的光谱与ff跃迁的光谱明显不同[6]。某些二价、三价的稀土离子，如Yb2+、Eu3+、Ce3+、Pr3+、Dy3+就具有4f5d间能阶跃迁[7,8]，该跃迁特征为：
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