摘 要

目前发光材料应用在我们的生活应用领域，包括医疗，装饰品，照明和农业等多个领域。但是，现有的发光材料尚不能足够满足人们的需要。稀土发光陶瓷是指将稀土元素离子掺杂到陶瓷基体里面，使陶瓷具备发光性能，但是，目前发光陶瓷领域的研究还处于刚开始的阶段，没有报道出的特别引人注目的成果。BMN基透明陶瓷属于复杂钙钛矿结构，有比较好的离子容忍度，可以制成透明陶瓷，Eu³ 是典型的稀土元素离子，发生电子跃迁时辐射发光，两者的结合有制备出发光陶瓷的可能性。本文采用固相合成法制备了Eu³ 掺杂BMN基透明陶瓷，探究了Eu³ ：BMN陶瓷的合成工艺对其微观形貌和结构的影响，并对其发光机理展开了初步探讨，得到结论如下：

1. 确定了最佳合成工艺：陶瓷粉的预合成温度为1200 °C，陶瓷选择冷等静压成型方式，O₂为烧结气氛，烧结温度1575°C，烧结时间48h。
2. 同时初步探索了其光学性能和浓度淬灭效应。结果表明：使用471nm波长激发Eu³ ：BMN透明陶瓷时，在发射光谱上可以看到594 nm、612 nm、655 nm，720nm波长处有发射峰出现，对应不同的电子跃迁。另外，由于稀土离子间的复杂相互作用，Eu³ ：BMN陶瓷中Eu³ 的淬灭浓度为1.5% mol。

关键字：BMN透明陶瓷，Eu³ 掺杂，光学性能，淬灭浓度

Abstract

Nowadays,we use many luminescent materials in our lives, including medical treatment, embellishment, illumination, agriculture and other fields, but the existing luminescent material can’t meet the needs of people. Rare earth luminescent ceramics is a kind of ceramic,which tends to mean adding the rare earth ions into the ceramic substrate to give ceramic luminous performance. However, the current research in the field of luminescent ceramics is still in the beginning stage, and doesn’t report the particularly striking achievements.

1. The transparent ceramic doped BMN based with the better ion tolerance belongs to the complex perovskite structure and can be made of transparent ceramics. Eu³ is a typical rare earth ion,when there is clectron transition within it,there is light appear .and the combination of Eu³ and BMN based makes the preparation of luminescent materials possible. This paper prepares the Eu³ transparent ceramics doped BMN based by using the solid-phase synthesis and explores the influence of the synthesis process of the Eu³ : BMN ceramics on its microstructure and structure, as well as determining the optimum synthesis process: the synthesis temperature of ceramic powder in 1200 °C, the synthetic method of the cold isostatic pressing molding, and the sintering atmosphere, sintering time for 48 h about O₂.
2. At the same time, this paper preliminary explores its optical properties and the effect of the quenching concentration. The results show that due to the interaction between rare earth ions, in Eu³ : BMN ceramic, Eu³ quenching concentration is 1.5% mol.

Key words: BMN transparent ceramics, Eu³ doping, optical properties, quenching concentration

目录

摘要

Abstract

目录

第1章 绪论

1.1稀土发光材料

1.1.1发光材料概述

1.1.2稀土发光材料发光机理

1.1.3 稀土发光材料的应用以及研究进展

1.2 Ba基复合钙钛矿型透明陶瓷其稀土掺杂

1.2.1 Ba基复合钙钛矿型透明陶瓷

1.2.2稀土掺杂Ba基复合钙钛矿型透明陶瓷

1.3 Eu³ 简单介绍

1.4课题的研究目的意义以及主要内容

1.4.1课题的研究目的意义

1.4.2论文研究的主要内容

第2章 稀土掺杂BMN基透明陶瓷的制备工艺

2.1实验原料与实验设备

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器装置

2.2 稀土掺杂BMN透明陶瓷基材料制备的技术方案

2.3 实验测试及表征方法

2.3.1 粉体活性测试

2.3.2 物相分析

2.3.3致密度表征

2.3.4 微观形貌分析

2.3.5 发光性能测试

第3章 Eu³ 掺杂BMN基透明陶瓷的工艺研究

3.1 Eu³ 掺杂BMN基透明陶瓷粉体的研究

3.1.1 热分析

3.1.2 预烧温度确定

3.1.3 不同掺杂浓度粉体制备

3.2 Eu³ 掺杂BMN基透明陶瓷粉体的制备研究

3.2.1 粉体活性确定

3.2.2 Eu³ 掺杂BMN基透明陶瓷的成型

3.2.3陶瓷基烧结工艺的研究

3.3 本章小结

第4章 Eu³ 掺杂BMN基透明陶瓷的光学性能研究

4.1 Eu³ 掺杂BMN基透明陶瓷的发光性能研究

4.1.1 Eu³ 掺杂BMN基透明陶瓷的发光光谱性质

4.1.2 不同浓度Eu³ 掺杂基BMN透明陶瓷的发光特性

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

第1章 绪论

1.1稀土发光材料

1.1.1发光材料概述

发光材料发光的实质是材料以光的形式向外释放能量，而这部分能量是从外界吸收，通常受外界激发而发光的固体材料被称为为发光材料，呈粉末、单晶、薄膜非晶态等状态。金属化合物和半导体材料是主要的发光材料。

发光根据激发源不同可以分为光致发光，电致发光，热释发光和光释发光等。发光材料用途广泛，目前在农业，医学，工业等领域都有了很好的应用。如余辉发光材料用于微光照明，荧光材料用作医学方面的标记物等，现在的节能灯大多也运用了荧光转换的原理。

然而发光材料还有很大的研究前景，目前该类材料由于基体性质的限制，其性质与应用领域也受限制。

1.1.2稀土发光材料发光机理

发光材料宏观表现是材料以吸收特定形式的能量，将其转化成光释放出来的物质。稀土化合物的发光是基于稀土元素离子中f-f组态之内或f-d组态之间的发生电子跃迁^[2]，具有未充满的4f轨道电子层的稀土元素离子,其特征光谱中大约有30,000条可观察到的谱线,能够产生从紫外光、可见光到红外光区的各种波长的电磁辐射^[2]。。

1.1.3 稀土发光材料的应用以及研究进展

稀土元素离子独特的电子层结构使得其拥有其他元素不可取代的特点。与其在其它材料中的应用类似，少量稀土离子可以很大影响材料的性能，稀土元素会赋予陶瓷优异发光性能，目前稀土发光材料已经在照明，医学，农业等多个领域有了广泛应用。然而其在光学领域有很多可以做的改进，以及待发展的应用前景，这使得研究人员致力于通过对稀土发光材料结构的改善来获得更好的性能。目前我国对于稀土发光材料的研究已经取得了很好的成绩，但是在许多领域与世界尖端水平还有不少差距，希望我国能在稀土材料光学研究领域取得更大的成就，走在世界前列。

以下是稀土发光材料研究及应用现状的几个例子：

（1）稀土余辉材料

余辉材料是指在材料吸收外界能量之后,能够将能量储存,然后缓慢地以可见光的形式释放能量的材料。

根据余辉时间长短可把发光材料分为:超短余辉发光材料:余辉时间短于lμs;短余辉发光材料:余辉时间介于1～10μs ;中短余辉发光材料:余辉时间为10μs～1ms ;余辉时间介于1～100ms 之间的称为中余辉材料，介于100ms～1s间的称为长余辉材料，余辉时间大于1s 的称为超长余辉^[1] 。

余辉材料在激发源撤除后仍能长时间地发出可见光，因此可以作为一种节能材料，用于照明等。