鑭系離子的電荷轉(zhuǎn)移能研究.pdf

1、鑭系摻雜功能材料廣泛應(yīng)用于發(fā)光、催化、磁光、熱電等多個領(lǐng)域，所有這些特性均與材料中鑭系元素的電子行為密切相關(guān)。鑭系摻雜離子在基質(zhì)電子結(jié)構(gòu)中的4f能級位置是表征材料性能的重要參數(shù)之一，而鑭系離子在基質(zhì)中的電荷轉(zhuǎn)移能可以用來確定該性能參數(shù)。因此，提出一種簡單有效的方法確定電荷轉(zhuǎn)移能值進而確定鑭系離子在材料電子結(jié)構(gòu)中的能級位置具有非常重要的意義。鑭系離子的電荷轉(zhuǎn)移能是基質(zhì)晶體價帶中電子受激發(fā)躍遷到空的或未填滿的鑭系離子4f殼層所需的最小能量。

2、電荷轉(zhuǎn)移躍遷反映的是電子得失的過程，而電負性正是描述原子、離子或基團得失電子能力的基本參數(shù)，是連接材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)的橋梁，并已成功應(yīng)用于材料的多種性能研究和新材料設(shè)計工作中。從電負性的角度出發(fā)可以從根本上理解、解釋以及預(yù)測鑭系離子在無機晶體中的電荷轉(zhuǎn)移能。
　　本文基于離子電負性，分析研究了鑭系離子在無機晶體中電荷轉(zhuǎn)移能的決定因素。首先考察了鑭系離子電荷轉(zhuǎn)移能的系統(tǒng)變化，鑭系離子在不同的基質(zhì)晶體中具有相同的能級位置變化趨勢，

3、只是相對于基質(zhì)價帶導(dǎo)帶的位置不同。鑭系離子電荷轉(zhuǎn)移能的系統(tǒng)變化是鑭系離子固有的內(nèi)在屬性，不取決于基質(zhì)晶體。本論文采用鑭系離子的離子電負性和離子半徑等基本參數(shù)建立了確定鑭系離子電荷轉(zhuǎn)移能系統(tǒng)變化的計算方法。在鑭系離子摻雜的無機晶體材料中，基質(zhì)晶體中化學(xué)鍵鍵合電子的能力越強，則激發(fā)基質(zhì)化學(xué)鍵上電子到鑭系離子所需的能量就越高，鑭系離子的電荷轉(zhuǎn)移能也就越大。通常用Eu3+在基質(zhì)晶體中的電荷轉(zhuǎn)移能作為確定其它鑭系離子電荷轉(zhuǎn)移能的參照。采用基質(zhì)鍵強

4、度建立了計算Eu3+在無機晶體中電荷轉(zhuǎn)移能的定量關(guān)系?；|(zhì)鍵強度由基質(zhì)晶體陰陽離子的電負性和半徑等基本原子參數(shù)來定義。由得到的定量關(guān)系計算了Eu3+在14種二元化合物、12種贗二元化合物和40種含有基團的復(fù)雜晶體中的電荷轉(zhuǎn)移能值。并且，進一步將該計算方法拓展到Eu3+離子在半導(dǎo)體中的電荷轉(zhuǎn)移能，計算了Eu3+在19種Ⅱ-Ⅵ、Ⅲ-Ⅴ二元半導(dǎo)體、25種AxB1-xC和ABxC1-x三元合金半導(dǎo)體中的電荷轉(zhuǎn)移能值。本工作提供了一個確定鑭系離子