Ce3+/Eu2+激活复杂结构发光材料格位占据和光谱性质的第一性原理研究

来源 :安徽师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hu_jie
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
白光LED具有高效节能、无汞污染等优点,已经在生活照明、液晶显示、汽车照明等方面获得广泛应用,其中稀土发光材料是白光LED的关键成分之一。然而,对于许多应用型稀土发光材料,其晶体结构和化学组成比较复杂(例如,出现多格位占据、电荷补偿、无序占据等),与发光性质之间关系有待厘清。采用传统实验手段难以获得发光性质与配位环境之间关联的清晰认识;采用经验理论模型进行结构分析存在局限性。本论文以一些典型或具有应用前景的Ce3+/Eu2+掺杂复杂发光体系为研究对象,从基质材料化学组成和结构出发,结合周期性密度泛函理论(DFT)和多组态相互作用从头计算,研究掺杂发光材料的结构-性能关系,为进一步优化材料发光性能提供理论线索。第一章:绪论。本章首先对基本发光原理和稀土元素知识进行了概述。其次,对与本论文研究相关的稀土发光材料进行了介绍。最后,对本论文选题背景、研究内容和计算思路进行了阐述。第二章:理论计算方法。本章首先介绍了第一性原理计算基本概念。其次,介绍了这种方法背后的理论基础,即以波函数为基础的量子化学方法和以电子密度为基本量的DFT计算。最后,介绍了本论文使用的两个计算工具,分别是基于平面波基组的VASP程序包和基于从头计算模型势基组的MOLCAS程序包。第三章:研究SrLiAl3N4中本征点缺陷和掺杂Ce3+离子的热力学与光谱特性。镧系离子掺杂的SrLiAl3N4因其优异发光性能而成为固态照明最有前景的荧光粉材料之一。在高温合成过程中,本征点缺陷自然产生,可作为镧系离子异价取代时的电荷补偿中心或导带中电子的俘获中心,但缺陷性质及其对掺杂离子发光特性的影响尚不清楚。本章首先采用杂化DFT计算对SrLiAl3N4中各类本征点缺陷进行了系统研究。基于DFT计算的缺陷形成能,预测了 SrLiAl3N4中热力学最稳定的本征点缺陷。其次,获取了缺陷热力学跃迁能级在基质带隙中的能量位置,并结合实验结果进行讨论。此外,研究了受主型缺陷与掺杂离子Ce3+之间的相互作用,在此基础上弄清了两种Sr格位上Ce3+的占位倾向性。最后,结合Ce3+离子玻尔兹曼出现几率以及多组态从头计算得到的Ce3+4f→5d跃迁能级,明确指认了实验报道SrLiAl3N4:Ce3+荧光粉的主要和次要发光中心来源。同时基于从头计算波函数,确定了特定的局域配位结构参数,成功解释了两种Sr格位上Ce3+的相对光谱位移。本章研究结果可为氮化锂铝酸盐基荧光粉的发光性能优化提供理论基础。第四章:研究阳离子无序占据体系Ba2Y5B5O17和Ba3Y2B6O15中掺杂Ce3+离子的格位占据和光谱性质。Ce3+掺杂的Ba2Y5B5O17和Ba3Y2B6O15化合物在紫外或近紫外激发下表现出高效稳定的蓝光发射。然而,由于基质中存在多种阳离子无序占据复杂情形,Ce3+离子占位倾向尚未明确。本章首先基于组合化学模型(列举法),通过DFT计算获取了最稳定未掺杂基质晶体结构。其次,利用杂化DFT获取了 Ce3+离子稳定掺杂构型,并分析了导致构型稳定的原因。最后,采用基于波函数的镶嵌团簇方法获得Ce3+4f→5d电子跃迁能量,明确了 Ce3+蓝光发射的来源。同时计算还得到Ce3+离子4f基态和最低5d激发态在基质带隙中的能量位置,比较并讨论了其与局域结构和发光热稳定性的关系。本章计算结果帮助加深理解阳离子无序占据体系中镧系元素的发光机制。第五章:β-Ca3(PO4)2型晶体掺杂Eu2+离子的格位占据和光谱指认。β-Ca3(PO4)2型晶体中因存在多种可供Eu2+占据的格位而备受关注,但关于Eu2+的格位占据、光谱指认以及发光调控背后的机制仍有争议。本章从基质晶体组成和结构出发,通过考虑温度效应的玻尔兹曼占据几率分析,获得了 Eu2+离子在Ca3(PO4)2、Ca10M(PO4)7(M=Li,Na,K)和Ca3(PO4)2:Mg体系中各种阳离子格位上的占据比例,指明了 Eu2+离子发光谱带的格位归属。同时利用组态相互作用计算出Eu2+4f→5d跃迁能级,与实验激发光谱进行比较验证。此外,根据计算获取的Eu2+离子掺杂导致的近邻原子位移和畸变信息,讨论了影响Eu2+离子占位的两种因素(格位尺寸和电荷补偿),同时对不同基质组成下Eu2+的发射光谱和发光颜色变化的机制给出了一致解释。本章计算结果为Eu2+离子掺杂β-Ca3(PO4)2型荧光粉中Eu2+的格位占据倾向性分析提供了一个新视角,也可为阐明其它Eu2+掺杂荧光粉的结构-性能关系提供理论指导。
其他文献
钙钛矿结构BiScO3-PbTiO3压电固溶体在准同型相界处(MPB)具有较高的居里温度和优良的介电、铁电、压电性能,在压电器件领域有着广阔的应用前景。但是,BS-PT陶瓷介电损耗tanδ大,机械品质因子Qm低,限制了其在大功率压电器件中的应用。在实际应用中,可以通过调控压电元件的厚度来控制其工作频率,不同应用场景对器件的工作频率要求不尽相同。本文采用固相反应工艺制备了0.365BiScO3-0.
随着科学技术的进步,荧光碳质材料越来越多受到人们的关注。具有高荧光量子产率碳点的研制对其在荧光传感等应用具有重要意义。本文以柠檬酸铵和三乙基四胺为原料,采用一步微波法制备了一种低成本、绿色环保、荧光量子产率高(29.83%)的水溶性荧光碳点(N-CDs),并对N-CDs的结构和光学性能进行了表征。N-CDs具有高荧光、良好的生物相容性和光学稳定性。与其它已报道的碳点纳米材料相比,N-CDs具有更加
磁制冷技术由于其工作效率高、结构简单、对环境友好等优点,是目前最具应用前景的制冷技术之一。磁制冷技术是以磁热效应为基础,以磁制冷材料为关键,利用磁制冷材料在磁化和去磁的过程中产生放热和吸热的现象,从而达到制冷的目的。一般采用等温磁熵变ΔSM和绝热温变ΔTad来衡量材料磁热效应的大小。因此,寻找具有大磁热效应和较宽制冷温区的磁制冷材料是磁制冷技术发展最紧迫的要求,这也是目前磁制冷材料的主要研究任务。
植物稳态矿质营养理论与技术,相对于传统矿质营养理论与技术,是一种全新的观点与近乎完美的试验技术。其要点可概括为:(1)按植物相对生长速率供应营养物质;(2)以自然界土壤溶液近似的低浓度供应营养物质;(3)依据植物生长对各种营养元素需求比例均衡供应营养物质。本论文利用稳态营养理论技术培养泡桐幼苗,利用水双相法提取泡桐根细胞质膜,测定质膜上的H+-ATPase、EDTA-Fe3+和Fe(CN)63-还
桥梁是交通网络中一类重要的基础设施,保障桥梁的安全运营具有重要社会和经济意义。在实际运营中,桥梁会面临多种潜在威胁,如环境侵蚀、材料老化和重载作用等。其中,车辆移动荷载是桥梁承受的主要活荷载,其对桥梁结构的安全运营具有重要作用。移动荷载识别是拾取桥上荷载的一种重要手段,对桥梁的健康评估具有重要意义。目前,移动荷载识别已经备受关注,许多方法如稀疏正则化识别法已得以应用。但是,既有研究对传感器可能存在
本文研究带排斥调和势的非线性Schr(o|¨)dinger方程爆破解的动力学性质,得到了具小超临界质量爆破解爆破速率的上、下界估计.径向对称爆破解的爆破图景, L2-质量集中性质, L2-质量集中速率.特别地,利用集中紧引理得到爆破解的L2弱极限上界估计以及极小质量爆破解的极限行为.考虑如下的非线性Schr(o|¨)dinger方程其中ω为正参数;为RN上Laplace算子; u = u(t,x)
在能源危机和环境恶化的双重背景下,热电材料作为一种能源转换材料受到广大研究者的关注。在众多热电材料体系中,Zintl相Mg3Sb2化合物具有较高的Seebeck系数,较低的热导率,且其成本低廉,组成元素无毒无污染,是一种具有巨大应用潜力的热电材料。本论文从理论计算和实验方面,系统探索了Bi固溶和Pb掺杂对Mg3Sb2化合物的电、热传输性能的影响规律和调控机制,获得的主要结果如下:(1)基于密度泛函
低温变形后镁合金动态再结晶(DRX)晶粒细小,但DRX率较低,无法实现强度和塑性的良好匹配。针对此问题,本文基于微米SiCp能够促进镁合金DRX形核的思想,研究了颗粒周围变形区(PDZ)的形成机理,分析了高温压缩变形过程中微量SiCp及SiCp周围PDZ尺寸作用下Mg-5Zn合金的组织演变规律,阐明了SiCp及PDZ尺寸对Mg-5Zn合金DRX和动态析出行为的影响机制。在此基础上,研究微量SiCp
矿井自燃火灾防治的关键在于火源位置的精确探测,同位素测氡法因其操作简便、成本低、不受地形限制、适合深部火区探测等优点已广泛应用于自然发火严重区域的探测,但如何在地表通过获得准确的氡浓度异常信息来精准探测复杂状况下煤自燃火区是测氡技术所面临的关键技术挑战。目前地表氡异常信息的获取主要采用α杯法,该法易受季节、气象、日照、风力、仪器震动及其它人为因素的影响,制约现场数据的有效采集和准确分析。受煤自燃影
工程岩体是结构面和岩块的空间排列组合体。大量工程实践表明,工程岩体的变形破坏不只取决于岩石性质,更主要受结构面的影响。而所有类型的结构面中,节理在工程岩体中存在的概率相对来说要高得多。目前地下工程一般建在完整岩体或断续节理岩体中,断续节理的存在使围岩的稳定性、变形特征和应力分布更加复杂,围岩的破坏往往是由于裂纹在节理间扩展贯通导致的。因此研究断续节理围岩的变形破坏对于地下工程实践意义重大。本文基于