高純熒光材料Y-,2-O-,2-S的制備及其Ti離子摻雜的光學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、近年來,由于發(fā)光材料被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,其制備工藝及其光學(xué)特性的研究成為人們廣泛關(guān)注的研究課題,其中對(duì)以Y2O2S為基質(zhì)摻雜的發(fā)光材料的制備和光學(xué)性能的研究是材料物理研究的熱點(diǎn)問題之一。 由于S的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)與Y2O3的差別很大,取得高質(zhì)量Y2O2S非常困難。我們改進(jìn)了固相反應(yīng)工藝,在不添加任何助溶劑,不用石墨坩堝的情況下,直接使Y2O3和S高溫汽固相反應(yīng)而得到高質(zhì)量的Y2O2S,避免了污染,簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝,提高了以Y2O

2、2S為基質(zhì)的摻雜發(fā)光材料的發(fā)光效率。X射線衍射譜分析結(jié)果顯示用此方法制備的Y2O2S樣品的相純度極高,沒有第二相或雜質(zhì)峰。對(duì)Y2O2S進(jìn)行了可見拉曼研究,結(jié)果表明Y2O2S的四個(gè)特征峰清晰且與前人的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。而新工藝生產(chǎn)的Ti0.09Y1.91O2S的熒光強(qiáng)度較傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的Ti0.09Y1.91O2S熒光強(qiáng)度提高了23倍左右。 由于獲得高質(zhì)量的摻雜Y2O2S發(fā)光材料比較困難,其光學(xué)和其他物理性能的研究受到了限制,目前

3、世界上只有少數(shù)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了Y2O2S的拉曼研究,例如:Shigeru YokonoV.A.Antonov等人對(duì)Y2O2S的拉曼散射進(jìn)行了分析研究,而Y2O2S的拉曼譜的溫度效應(yīng)尚缺乏系統(tǒng)研究。由于晶格振動(dòng)與材料的許多性能有關(guān),變溫拉曼譜的研究也成為人們廣泛關(guān)注的研究焦點(diǎn)之一。以往的研究表明這類溫度效應(yīng)主要與晶格勢(shì)能內(nèi)的非簡(jiǎn)諧項(xiàng)與晶格體積的熱效應(yīng)有關(guān)。為研究溫度變化對(duì)Y2O2S晶格動(dòng)力學(xué)的影響,我們對(duì)Y2O2S進(jìn)行了可見光、紫外變溫拉

4、曼的研究,結(jié)果表明:Y2O2S拉曼散射峰位和半高全峰寬(FWHM)是溫度的函數(shù),對(duì)實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行Lorentz擬合,探討不同振動(dòng)模的能隙與溫度的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)由于晶格內(nèi)原子分布在各個(gè)晶格方向的不同所導(dǎo)致晶格各向異性,也導(dǎo)致拉曼散射中不同散射模遵從不同的溫度關(guān)系。 此外,自Murazaki等人發(fā)現(xiàn)鎂和鈦摻雜的Y2O2S具有熒光和長(zhǎng)余輝效應(yīng)以來,Ti摻雜的熒光材料引起了人們廣泛的關(guān)注,有很多報(bào)道討論了Ti摻雜材料例如:Ti摻雜KTiOPO

5、4,Al2O3,ZnO,NaCl,Y2O2S等的熒光特征,并且很多物理模型被提出,用來解釋發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。但是,據(jù)我們所知,至今沒有關(guān)于Ti摻雜Y2O3的熒光方面的報(bào)道,而且有很多Ti摻雜發(fā)光材料的物理問題有待解決。在本文中,我們系統(tǒng)的研究了Ti0.09Y1.91O3和Ti0.09Y1.91O2S的電子結(jié)構(gòu)和發(fā)光行為的關(guān)系。S對(duì)O的替代使立方晶格的Ti0.09Y1091O3畸變?yōu)槿墙Y(jié)構(gòu)的Ti0.09Y1.91O2S,也促使其能帶結(jié)構(gòu)和

6、熒光光譜發(fā)生了改變。XPS分析表明:Ti0.09Y1091O3和Ti0.09Y1.91O2S中的Ti離子都處于四價(jià)態(tài),不存在Ti2+和Ti3+,而且Ti0.09Y1.91O2S中的Ti離子的2p心能級(jí)和價(jià)帶都相對(duì)于Ti0.09Y1.91O3中的Ti離子參量發(fā)生了明顯的相對(duì)位移。這種電子結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致了Ti0.09Y1.91O2S的熒光相對(duì)于Ti0.09Y1.91O3的熒光發(fā)生了101nm的位移,同時(shí)也導(dǎo)致了Ti0.09Y1.91O2S的