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稀土纳米结构SiO_2发光材料的制备及性能研究

作　者: 潘静
导　师: 胡晓云
学　校: 西北大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: sol-gel法稀土掺杂SiO2 发射光谱金属离子核壳结构
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文采用溶胶-凝胶法和水热法制备了不同掺杂类型和不同结构的纳米Si02发光材料,通过荧光(PL)光谱、红外吸收谱(IR)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)等现代分析手段对样品进行了表征,并对其发光机理进行了分析。通过研究不同含水量、退火温度等因素对样品的荧光强度,磷光强度和发光寿命等性能的影响,得知无论对于粉末还是薄膜形态的Tb3+掺杂SiO2发光材料,这些因素同时影响着Tb3+的发光性能,且对发光强度的影响形成了一个竞争机制。经750℃退火处理样品的发光强度,随含水量的增加,先减弱后增强之后又减弱。通过分析样品的磷光特性,得知含水量对磷光与荧光强度的变化趋势一致,且对发光衰减时间也有明显的影响。最终,确定正硅酸乙酯,无水乙醇和蒸馏水的最优摩尔比为1：4：4,陈化时间为一天,在650-800℃存在最佳退火温度使得样品SiO2：Re3+发光最强。采用sol-gel法分别制备了Zn2+、Sn2+和Al3+等金属离子掺杂的SiO2：Re3+发光干凝胶和薄膜,薄膜分别镀在玻璃片和硅片上。充分利用F-7000荧光光谱仪分析了不同金属离子掺杂SiO2：Re3+样品的发光性能。通过掺杂金属离子改变稀土离子的微观环境使得样品SiO2：Re3+,Mn+发光效率增大。同等条件下,粉末发光最强,玻璃上镀的薄膜发光强度次之,硅片上镀的薄膜发光最弱。由于局域场增强或能量转移效应,金属离子掺杂SiO2：Re3+样品发光较不掺杂的强；金属离子掺杂样品所需的最佳退火温度比无掺杂样品的有所降低；不同类型金属离子掺杂SiO2：Re3+样品发光最强时对应的最佳浓度不同,如当Re是Tb时,Zn2+掺杂的最佳浓度为0.4%,而Sn2+为0.2%。此外,比较了利用水热法和溶胶凝胶法制备得到SiO2：Tb3+,Zn2+样品的发光性能,发现利用前者得到样品的发光不如后者的强,主要因为形成的基质网络结构不同。采用sol-gel法制备了核壳结构分别为SiO2：Tb3+包覆SiO2颗粒(Si@Si-Tb)和SiO2包覆SiO2：Tb3+颗粒(Si-Tb@Si)两种结构,通过改变纳米材料的结构使得样品发光效率增大。在一定条件下核壳结构的发光强度较粉末SiO2：Tb3+的强,且得出0.8 Si@Si-Tb-z样品发光效率最高,即核质量为0.8g的SiO2颗粒分散在25ml的SiO2：Tb3+溶液,未经陈化得到的样品发光效率高。随着核质量的增加,发光离子数也增加,发光增强,但增加到一定值时,发光减弱。通过分析过滤后所得澄清溶液和沉淀所得样品的发光性能,发现上清液所得产物均比下层沉淀的发光强,而与核质量或结构无关。

稀土纳米结构SiO_2发光材料的制备及性能研究

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