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摘 要

稀土元素制备的荧光材料主要由基质和掺杂离子两部分组成，其中基质材料的微观结构以及尺寸形貌对荧光粉体的发光性能有重要影响，而掺杂离子的作用则是改变材料的应用范围。由于GdF₃能带间隙较宽、声子能量低且掺杂的三价离子能够在不进行电荷调整、不改变GdF₃晶格的情况下置换Gd³ 在GdF₃晶格中的位置，因此GdF₃是重要的稀土离子荧光粉基质材料之一。

本论文采用加热温度梯度小、环境友好、反应条件温和的微波水热法通过调整反应时间、反应温度等工艺参数合成形貌规整、尺寸均一的光盘状GdF₃: Bi³ 荧光材料。将在不同反应温度制备的光盘状产物进行发光性能测试，在150 ℃下反应1 h的合成产物具有最佳的发光性能。利用Bi³ 掺杂来提高GdF₃: Eu³ 荧光材料的发光性能。将不同含量组合的Eu³ 和Bi³ 共掺于光盘状GdF₃晶体中，实验结果表明Bi³ 能够有效敏化Eu³ ，由于两种离子之间的相互作用使得荧光材料的发光性能得到大幅提高。

关键字： GdF₃ 微波水热法 荧光性能 形貌 稀土离子掺杂

The research on preparation and performance of Bi³ doped GdF₃ fluorescent powder

ABSTRACT

Rare earth fluorescent material mainly composed of two parts, the host materials and the doped ions. Wherein the host material plays a major role and the morphology has an important influence on the luminescent properties, the doped ions will change the application of the material. GdF₃ has a wide band gap, low phonon energy, and the Gd³ in the GdF₃ lattice can be replaced by rare earth ions without extra charge, therefore it is one kind of important host material.

Herein the GdF₃: Eu³ / Bi³ was prepared by microwave hydrothermal method, which has a small temperature gradient and it is environmentally friendly with facial reaction. Uniform size of the disc-like GdF₃: Bi³ could be obtained by adjusting the reaction time and temperature. The luminescent properties shows that the disc-like product prepared at 150 ^oC for 1 h was the best one. Under the excitation of 393nm, GdF₃: Eu³ luminescent powder emitted orange light of 592nm, and Gd_0.85F₃: 0.15Eu³ has the strongest emission intensity of orange light. Bi³ was doped to improve the luminescence properties of GdF₃: Eu³ fluorescent material. The experiment results showed that Bi³ could effectively sensitized Eu³ , due to the interaction between those two ions, the luminescence properties of the fluorescent material have been greatly improved.

Key words: GdF₃；Microwave-assisted hydrothermal；Luminescent property；Morphology；Rare earth doping

目　　录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1荧光材料研究背景 1

1.2稀土离子的能量传递 1

1.3发光材料的基质 3

1.3.1钒酸盐基质荧光材料 3

1.3.2氟化物基质材料 3

1.3.3钨/钼酸盐基质荧光材料 4

1.3.4磷酸盐基质荧光材料 4

1.3.5稀土氧化物基质荧光材料 4

1.4稀土离子掺杂荧光材料的合成方法 5

1.4.1高温固相反应法 5

1.4.2液固溶法（LSS） 5

1.4.3溶胶-凝胶法 5

1.4.4微波水热法 6

1.5研究背景与内容 6

第二章 微波水热法制备GdF₃: Eu³ / Bi³ 及其发光性能表征 8

2.1实验部分 8

2.1.1实验原料以及实验仪器 8

2.1.2实验方法及步骤 8

2.1.3表征方法 9

2.2 结果与讨论 10

2.2.1 合成温度对GdF₃: Eu³ 物相和形貌的影响 10

2.2.2反应时间对GdF₃: Eu³ 物相和形貌的影响 12

2.2.3 GdF₃: Eu³ 的荧光性能 13

2.2.4 GdF₃: Eu³ / Bi³ 荧光性能分析 15

第三章 结论与展望 17

3.1 结论 17

3.2 展望 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 绪论

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