摘 要 本文以Ba2CaWO6、Ba2SrWO6、Ba2MgWO6、Ba2ZnWO6作为基质材料，以Eu、Tb、Tm作为激活离子，用高温固相反应法分别制备Eu、Tb、Dy、Sm、Tm离子掺杂的Ba2CaWO6、Ba2SrWO6、Ba2MgWO6、Ba2ZnWO6的一系列新型钨酸盐发光材料，详细研究其结构性能、激发和发射光谱、发光衰减，并研究其潜在的应用。 实验结果表明： Ba2CaWO6、Ba2SrWO6、Ba2MgWO6、Ba2ZnWO6本身都具有一定的发光性能。基质掺杂Eu离子的最佳的发射波长大约是610nm，最佳激发波长是320nm，它们的发射峰都处于橙色区。掺杂Dy离子最佳的发射波长大约是510nm和600nm，最佳激发波长是320nm，它们的发射峰都处于黄色区。掺杂Sm离子最佳的发射波长大约是610nm，最佳激发波长是320nm，它们的发射峰都处于橙色区。此外由于该钨酸盐基质的对称性非常高，Tb和Tm离子在该基质中没有观察到发光现象。
目 录
1 前言 ..1
1.1稀土发光材料 1
1.1.1固体发光原理简介 1
1.1.2稀土元素简介 2
1.1.3稀土离子发光原理 3
1.1.4稀土发光材料的制备方法 4
1.2稀土发光材料的研究应用 5
1.2.1稀土发光材料的研究 5
1.2.2稀土材料的应用领域 6
1.3本课题的研究目的、内容和意义 7
2样品合成及仪器分析 8
2.1实验原料 8
2.2仪器 8
2.3实验步骤 9
2.4样品的表征 10
2.4.1XRD测试 10
2.4.2激发光谱和发射光谱性能测试 10
2.4.3发光衰减 10
2.4.4荧光粉的色度学表征 11
3结果与讨论 12
3.1基质的XRD图谱和发光性能 12
3.1.1 Ba2CaWO6、Ba2SrWO6、Ba2MgWO6、Ba2ZnWO6的XRD图谱 12
3.1.2基质的发光性能 14
3.2不同基质中Eu3+离子的发光
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性能 15
3.2.1不同基质掺杂Eu3+离子的激发光谱 15
3.2.2不同基质掺杂Eu3+离子的发射光谱 16
3.2.3不同基质掺杂Eu3+离子的衰减曲线 17
3.2.4不同基质掺杂Eu3+离子的色坐标 18
3.3不同基质中Dy3+离子的发光性能 19
3.3.1不同的基质掺杂了Dy3+离子的激发光谱 19
3.3.2不同基质掺杂Dy3+离子的发射光谱 20
3.3.3不同基质掺杂Dy3+离子的衰减曲线 20
3.3.4不同基质掺杂Dy3+离子的色坐标 22
3.4不同基质中Sm3+离子的发光性能 23
3.4.1不同基质掺杂Sm3+离子的激发光谱 23
3.4.2不同基质掺杂Sm3+离子的发射光谱 24
3.4.3不同基质掺杂Sm3+离子的衰减曲线 24
3.4.4 不同基质掺杂Sm3+离子的色坐标 25
3.5不同基质中Tm3+和Tb3+离子发光性能 26
小结 28
参考文献 29
致谢 30
1 前言
1.1稀土发光材料
1.1.1固体发光原理简介
发光是指一物体内部某一部分以某种方式，吸收能量一定的后转化为光辐射的过程[1]。当物体在受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击后，只要不发生化学结构的变化，它们总要回复到原先的状态。在这个过程中，一部分多余的能量便会以光或热的形式释放出来。如果这种形式是可见光或者近可见光的电磁波，这种现象就被称为发光。也可以说，发光是物质除了热辐射这种方式，通过光的形式发射出多余的能量[2]。


图1.1 发光原理图
发光材料在发光的过程中，一般包括基质和激活剂两个部分。基质一般是由无机材料（常用的为钨酸盐，钼酸盐）组成。而激活剂一般是稀土离子，这个在后面会讲到。激活剂在直接吸收激发光的能量后变为激发态，然后在回到基态的同时发出光（见图1.1为其原理图），在此同时，部分能量能够以热振动的形式释放出来，从而形成非辐射跃迁[3]。
因为发光材料靠的是从激发态返回基态的过程中发出的光，而非辐射跃迁可以看成是这一过程中能量的损耗，所以应尽量避免这一过程。通过上述检测非辐射跃迁的方法可以尽可能的提高稀土发光材料的发光效率，这对于实际应用具有重要意义。
很多发光材料不仅仅只包括基质和激活剂，因为这两个部分只是发光材料最基本的组成部分[4]。其它很多材料都还包括敏化剂，它起到了吸收激发辐射的作用。图1.2显示了其原理。可以看出，敏化剂在经过照射或者电子束冲击等过程后，敏化剂会由基态跃迁到激发态，然后把自身的能量传递给激活剂的基态，激活剂基态在得到能量后会跃迁到激发态，然后再在返回的过程中发出光。


图1.2 敏化剂作用下能级示意图
发光物质可以被多种形式的能量所激发，下面是各种不同的形式发光[5]：
（1）光致发光 光致发光是由电磁辐射激发。
阴极射线发光 阴极射线发光是通过高能量电子束激发所产生。
电致发光 电致发光是由电压激发。
摩擦发光 摩擦发光是由机械能产生。
X射线发光 X射线发光是由X射线激发。
化学发光 化学发光依靠的是化学反应所产生的能量。
放射发光 放射发光是由放射性元素激发。
1.1.2稀土元素简介
稀土元素就是指镧系元素加上钇和和钪共17种元素，镧系的元素则包括元素周期表上的的原子序数为57到71号的15种元素[6]。由于其化学性质是由外层电子结构决定的，并且如果外层电子组态相同的纯稀土化合物从技术分离这是相当困难的，并且它们的化学性质活泼，不易被还原为金属，所以他们发现晚于其他的共同要素一点。这这些元素，在1794年，由芬兰科学家J.G adolin首先发现的，因为稀土的含量，发现都比较小，所以被称为稀土壤，并一直沿用到今天。然而，现实情况是，在地球的表层中，稀土元素的含量很多，甚至比常见的铜，Z n，S n，Ni等更好元素含量也多一点，但由于它的元素的性质不活泼，分离难度大，纯化，从而降低这些稀土元素是困难的稀土类元素的金属元素[7]被广泛地用作发光材料的主晶格。中国的稀土资源相当丰富的稀土资源，目前已在世界稀土资源在我国，占地大约80％确定几乎所有的稀土元素的种类[ 8 ]。 十九世纪八十年代以来，中国的稀土产量已位居世界第一，中国在的稀土资源在国民经济的发展中起到了关键性作用。
中国的稀土资源很丰富，处于世界遥遥领先的位置。目前，绝大多数国家的稀土资源的来源，相当程度上依赖于中国的提供，因此我国在世界稀土市场上占据主导地位。然而，尽管单质稀土元素及其化合物价格不菲，我国仅仅能够提供未经加工或者稍微加工的稀土原料，却没有掌握提炼稀土元素的技术，此外稀土原料的价格相对于稀土元素而言卖出的价格可谓“白菜价”，同时在稀土原料的开采过程中造成的环境污染也是一个难以解决且日益严重的问题。我国政府已经意识到了这个问题，近些年，我国减少了稀土原料在国际上的供应，并封存了部分已查明但未开采或停止了一些正在进行的开采活动[910]。然而目前包括日本，美国等国在内的国家已经掌握了提纯稀土元素的技术，与稀土元素相关的一些研究和已投入生产的一些产业对于稀土元素的需求量与日俱增，在国际上对于中国减少稀土供应的做法相当不满，因为此做法不仅会使科研难以进行，更严重的是，很多相关的支柱产业受到冲击。因此，众多国家通过各种途径对于中国施加压力，其中包括对应的减少中国目前稀缺的一些物资及技术的供应，以此逼迫中国增加供应。因此，中国不得不做出一些让步，但总体上可喜的是我国已经意识到了稀土元素的重要性。而且，相关的一些科研活动正在展开，有理由相信我国会由稀土生产大国变为稀土技术大国。

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