Ce3+，Pr3+掺杂磷酸盐真空紫外光谱及发光性质的研究

论文摘要

随着稀土掺杂的真空紫外荧光材料近些年的发展,其合成的闪烁体已经被广泛应用到了医学成像、辐射探测、高能物理和宇宙暗物质探测等领域,但仍然存在光产额低、衰减时间慢、热稳定性差、能量分辨率低等缺点。因此探究新型的真空紫外荧光材料也引起了研究者们的关注。此外,同步辐射真空紫外实验平台的进步为高能离子状态的研究创造了实验条件。在众多的发光材料中,磷酸盐具有稀土溶解能力强、化学稳定性好、发光效率高、热稳定性好、易合成等优点,非常具有研究的价值。作为发光中心的稀土离子Ce3+和Pr3+的4f5d跃迁辐射跃迁速率高,具有较短的寿命（10-30 ns）。因此,本文分别在不同的磷酸盐中掺杂Ce3+,Pr3+,本论文的主要研究内容如下:（1）利用高温固相法合成了掺杂Ce3+的Sr9Lu（PO4）7。通过XRD对样品的结构进行了表征。通过对样品的真空紫外UV-VUV光谱和X射线激发发射光谱的测试,发现Ce3+主要占据Sr2+的两个不同格位,并分析得到了Ce（1）和Ce（2）的5d最低能级位置大约在30,079 cm-1和32,417 cm-1处,并且发现基质到发光中心的能量传递。通过测试样品的变温衰减曲线,发现Ce（1）和Ce（2）的发光具有非常好的热稳定性。（2）利用高温固相法合成了掺杂Pr3+的Sr9Lu（PO4）7。Pr3+在此基质中只占有八配位的Sr2+格位,而不占有Lu3+格位。对样品的发射光谱进行分析,发现基质到Pr3+存在能量传递。随后进行了荧光衰减寿命的测试,得出SLP:0.5%Pr3+监测样品252nm处的寿命约为17.6±0.1ns,衰减寿命较短,且具有较好的热稳定性。（3）利用高温固相法合成了掺杂Ce3+的Ba3La（PO4）3。通过对发射光谱和衰减寿命的分析,发现样品的Ce3+取代的是La/Ba的格位,具有两种格位分别为Ce（1）和Ce（2）。发射光谱中,发现基质到发光中心的传递效率较高,通过激发光谱分析得出Ce3+在BLP中的5d最低能级位置大约为31,772 cm-1。在78 K-500 K的范围内,Ce（2）的衰减寿命始终保持在32.5 ns,拥有极好的热稳定性。在78 K-300 K的温度范围内,Ce（1）始终保持着51.6 ns左右的衰减寿命。但是300 K之后寿命出现了大幅下降,这是由于发生了温度猝灭。（4）本章通过高温固相法合成了掺杂Pr3+的Ba3La（PO4）3荧光粉。通过对XRD和光谱的分析,Pr3+只占有La3+的一个格位,且Pr3+的4fn-15d的最低能级位置为44,029 cm-1。在低温下,基质到Pr3+的能量传递效率较高,但是室温下能量传递效率大大减弱。掺杂5.0%Pr3+要比1.0%Pr3+发光强度更高,寿命也保持在16 ns左右,没有发生浓度猝灭。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 概述
•   1.2 闪烁体材料简介
•     1.2.1 闪烁体的基本介绍
•     1.2.2 闪烁体的种类
•     1.2.3 稀土掺杂类闪烁体的发光机理
•     1.2.4 闪烁体在不同领域中的性能要求
•   1.3 闪烁体用稀土发光材料
•     1.3.1 稀土离子的发光特性
• 3+、Pr³⁺的发光特性'>    1.3.2 本论文涉及的Ce³⁺、Pr³⁺的发光特性
•   1.4 闪烁体的参数及存在的问题
•   1.5 稀土发光材料的制备方法
•   1.6 本论文涉及的磷酸盐基质的优点
•   1.7 本论文的研究意义和主要内容
•     1.7.1 研究意义
•     1.7.2 研究内容
• 第二章 实验部分
•   2.1 实验原材料和设备
•     2.1.1 实验原材料
•     2.1.2 实验设备
•   2.2 材料的合成
•   2.3 样品的表征
•     2.3.1 X射线衍射（XRD）分析
•     2.3.2 荧光光谱测试
•     2.3.3 变温荧光寿命测试
•     2.3.4 X射线激发荧光光谱测试
• 3+激活的Sr₉Lu（PO₄）₇ 真空紫外发光性质的研究'>第三章 Ce³⁺激活的Sr₉Lu（PO₄）₇真空紫外发光性质的研究
•   3.1 样品结构分析
•   3.2 样品荧光光谱分析
• 9Lu（PO₄）₇ 的光谱特性'>    3.2.1 未掺杂Sr₉Lu（PO₄）₇的光谱特性
• 9Lu（PO₄）₇:0.5%Ce³⁺的荧光光谱特性'>    3.2.2 Sr₉Lu（PO₄）₇:0.5%Ce³⁺的荧光光谱特性
• 9Lu（PO₄）₇:0.5%Ce³⁺的衰减特性曲线'>  3.3 Sr₉Lu（PO₄）₇:0.5%Ce³⁺的衰减特性曲线
•   3.4 本章小结
• 3+激活的Sr₉Lu（PO₄）₇ 真空紫外发光性质的研究'>第四章 Pr³⁺激活的Sr₉Lu（PO₄）₇真空紫外发光性质的研究
• 9Lu（PO₄）₇:0.5%Pr³⁺的荧光光谱特性'>  4.1 Sr₉Lu（PO₄）₇:0.5%Pr³⁺的荧光光谱特性
• 9Lu（PO₄）₇:0.5%Pr³⁺的衰减特性曲线'>  4.2 Sr₉Lu（PO₄）₇:0.5%Pr³⁺的衰减特性曲线
•   4.3 本章小结
• 3+激活Ba₃La（PO₄）₃ 真空紫外发光性质的研究'>第五章 Ce³⁺激活Ba₃La（PO₄）₃真空紫外发光性质的研究
•   5.1 样品结构分析
•   5.2 样品荧光光谱分析
• 3La（PO₄）₃ 的光谱特性'>    5.2.1 未掺杂Ba₃La（PO₄）₃的光谱特性
• 3La（PO₄）₃:x%Ce³⁺（x=1.0,5.0）的荧光光谱特性'>    5.2.2 Ba₃La（PO₄）₃:x%Ce³⁺（x=1.0,5.0）的荧光光谱特性
• 3La（PO₄）₃:1.0%Ce³⁺的衰减特性曲线'>  5.3 Ba₃La（PO₄）₃:1.0%Ce³⁺的衰减特性曲线
•   5.4 本章小结
• 3+激活的Ba₃La（PO₄）₃ 真空紫外发光性质的研究'>第六章 Pr³⁺激活的Ba₃La（PO₄）₃真空紫外发光性质的研究
•   6.1 样品结构分析
• 3+激活的Ba₃La（PO₄）₃ 的荧光光谱特性'>  6.2 Pr³⁺激活的Ba₃La（PO₄）₃的荧光光谱特性
• 3+激活的Ba₃La（PO₄）₃ 的衰减特性曲线'>  6.3 Pr³⁺激活的Ba₃La（PO₄）₃的衰减特性曲线
•   6.4 本章小结
• 第七章 结论
•   7.1 结论
•   7.2 创新点
•   7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 耿永强

导师: 崔彩娥

关键词: 真空紫外发光,的跃迁,衰减寿命,磷酸盐

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 太原理工大学

基金: 山西省自然科学基金(2017201701D221009,201801D121020,201801D221132),太原理工大学校级基金(1205-04020102,2015QN068,tyut-rc201497a)

分类号: O482.31;TL812

总页数: 67

文件大小: 3020K

下载量: 112