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摘 要

钼酸盐荧光粉是由钼酸盐基质材料和稀土掺杂离子所组成，荧光粉的发光性能主要受材料的形貌结构和尺寸分布区域大小的影响。微波水热法相较于其他几种方法如：高温固相法、溶胶-凝胶法、水热合成法、微乳液法等方法相比具有明显的优点，能够避免产生明显的温度梯度，减少因受热不均而产生副反应，使产物的尺寸分布更窄，同时提高工作效率，缩短反应所需时间。因此本实验选用微波水热法合成Sc₂(MoO₄)₃:Eu³ 晶体。

本文采用微波水热法，通过调节表面活性剂种类和Sc/Mo的比例这两个实验参数来制备形貌均匀尺寸均一的Sc₂(MoO₄)₃晶体，并采用XRD以及SEM对产物进行物相结构以及微观形貌表征。通过光致发光谱来探究稀土离子Eu³ 的掺杂对荧光粉的发光特性的影响。同时，借用第一性原理模拟计算来探究稀土离子的引入对材料能带结构以及电子态密度的影响，进而解释其结构与性能之间的关系。并且其光学带隙也可以通过紫外-可见光吸收光谱拟合得到，其结果与理论计算呈现相同的趋势。

关键字：Sc₂(MoO₄)₃ 微波水热法 荧光性能

Impacts of surfactants and Sc / Mo ratios on the synthesis and luminescent properties of Sc₂(MoO₄)₃:Eu³ Crystals

Abstract

The molybdates phosphor are composed of molybdate matrix and rare earth (RE) ions. The photoluminescence properties of phosphors are mainly influenced by the crystal morphologies and sizes. Compared with high temperature solid phase method, sol-gel method, hydrothermal synthesis method and microemulsion method, microwave hydrothermal method has obvious advantages, which can avoid obvious temperature gradients and reduce the occurrence of uneven heating side effect. It narrows the size distribution of the product, shortens the reaction time and improves reaction efficiency. Therefore, Sc₂(MoO₄)₃:Eu³ crystals were synthesized by microwave hydrothermal method.

In this paper, Sc₂(MoO₄)₃ crystals with uniform morphology and size were synthesized by microwave hydrothermal method by adjusting surfactants and Sc/Mo ratios. Phases structure and micro-morphologies of the as-synthesized products were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The impact of Eu³ on photoluminescence (PL) properties of phosphors were explored by the excitation and emission spectra via a Lumina spectrophotometer. At the same time, the influence of RE³ on the energy band structures and electronic density of states of the material was discussed in detailed through the first-principles calculations based on density function theory (DFT). And experimental optical band gaps were also obtained via ultraviolet-visible absorption spectrum, the results showed the same tendency with the DFT calculations.

.Keywords: Sc₂(MoO₄)₃, Microwave hydrothermal method, Photoluminesce properties

目 录

摘要 I

Abstract I

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 钼酸盐荧光粉的分类 1

1.2.1 碱土钼酸盐 1

1.2.2 过渡金属钼酸盐 2

1.2.3 稀土钼酸盐 2

1.2.4 双钼酸盐 4

1.2.5 复合钼酸盐 4

1.3 荧光粉的常见制备方法 4

1.3.1 高温固相法 4

1.3.2 溶胶－凝胶法 5

1.3.3 水热法 5

1.3.4 微乳液法 5

1.3.5 微波水热法 6

1.4 论文研究目的与意义 7

第二章 实验方法与过程 8

2.1 实验试剂与仪器 8

2.2 实验方案 8

2.3 荧光粉表征方法 9

2.3.1 扫描电镜 (SEM) 9

2.3.2 X射线衍射仪 (XRD) 9

2.3.3 荧光光谱仪 (PL) 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 表面活性剂对产物相结构以及形貌的影响 10

3.2 不同的Sc/Mo比对产物相结构和形貌的影响 11

3.3 Sc₂(MoO₄)₃:Eu³ 荧光性能研究 13

第四章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

参考文献 20

致 谢 25

第一章 绪论

1.1 引言

当代社会，各种应用于我们生活中的发光材料不断涌现，极大地方便和丰富了我们的生活。材料的发光是指荧光材料将吸收的各种能量转变为光能的过程。这个过程包括以下几个步骤：(1) 获取能量，电子受激发并跃迁至非平衡状态；(2) 内部激发能调整；(3) 激发能主要以光能的形式消耗掉后，回到平衡状态。

然而固体吸收外界能量后很多数状况下是将能量转变为热能，只有当固体内存在发光中心时才能够有效地将能量以光的形式消耗掉。发光中心进入激发态，当其回到基态时会以光的形式消耗能量^[1]。固体内的发光中心常为杂质离子或晶格缺陷^[2]。

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