稀土掺杂SiO<,2>凝胶基质发光材料的制备及特性研究

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本文采用溶胶-凝胶技术制备了SiO<,2>干凝胶,Tb<3+>单掺和Eu<3+>、Tb<3+>共掺SiO<,2>基质干凝胶及发光薄膜。通过红外光谱仪、原子里显微镜(AFM)、荧光分光光度计等技术对样品的分子结构、表面形貌、发光特性进行表征。 研究了SiO<,2>干凝胶的发光特性,发现SiO<,2>干凝胶在紫外光(325nm)和蓝光(440nm)处有强光发射。紫外光发射与SiO<,2>的界面态有关,蓝光发射对应SiO<,2>中的氧空位缺陷态。当退火温度为800℃时,样品的光发射最强最大。 当激发波长为250nm时,Tb<3+>单掺样品发射光谱的6个发射峰值为:379nm、414nm、485nm、545nm、588nm、622nm,分别对应Tb<3+>的<5>D<,3>→<7>F<,6>、<5>D<,3>→<7>F<,4>、<5>D4→<7>F<,J>(J=6,5,4,3)跃迁,其中545nm的绿光发射最强。研究了退火温度、加水量、硼酸浓度对Tb<3+>单掺SiO<,2>干凝胶发光特性的影响,当退火温度为700℃、正硅酸乙酯:无水乙醇:去离子水=1∶4∶5、硼酸含量10%时,样品的发射光谱最强。 在Eu<3+>、Tb<3+>共掺样品中,研究了退火温度以及Tb<3+>离子浓度对SiO<,2>干凝胶的蓝光(443nm)和红光(620nm)发射强度的影响。当Eu<3+>、Tb<3+>浓度之比为5∶1,退火温度为700℃时,样品具有强红光发射。当Eu<3+>、Tb<3+>浓度之比为5∶1,退火温度为850℃时,样品具有强蓝光发射。分析了Tb<3+>和Eu<3+>之间的能量传递过程,首次提出了在SiO<,2>基质中Tb<3+>对Eu<3+>的敏化作用机理,同时探讨了Eu<3+>、Tb<3+>共掺样品中Eu<2+>蓝光发射增强的原因。 用浸渍提拉法制备了Tb<3+>单掺和Eu<3+>、Tb<3+>共掺蓝、绿光发光薄膜。发现:0.3%Tb<3+>单掺SiO<,2>薄膜,当薄膜厚度为5层,退火温度为750℃时,有强绿光发射;0.5%EU<3+>、0.1%Tb3<3+>共掺SiO<,2>薄膜,当薄膜层数为7层,退火温度为700℃时,蓝光发射达到最强。结合薄膜退火前后表面形貌的变化,探讨了薄膜蓝光和绿光发射增强的机理。
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