掺杂处理提高氧化钆纳米晶的光学性能(2)
由于稀土离子具有丰富多变的荧光特性，稀土发光材料已经应用到了很多领域，十分广泛。用稀土材料制备三基色荧光粉用于节能荧光灯[3]，可实现大功率、高光效、无频闪、高显色、低光衰等照明要求；也可将稀土荧光粉用于白光LED，稀土离子可激活上转换发光，实现白光照明[3]；稀土荧光粉还可用于显示器（如等离子显示、液晶显示、有机发光二极管显示、发光二极管显示和场发射显示等）；此外稀土荧光粉还可用于生物医学的荧光标记、上转换发光和下转换提升太阳能电池的效率等方面。
本文以稀土元素钆为代表研究稀土元素氧化物纳米晶的光学性能，简单介绍了稀土发光材料的发光机理和几种制备氧化钆纳米晶的常用方法，提出了一种简单的溶液法来制备氧化钆纳米晶，对所制备的氧化钆纳米晶进行了几种光学性能的测试，并探索利用稀土元素掺杂来提高其光学性能。
1.2 稀土发光材料的发光机理
1.2.1 发光机理
发光现象在生活中随处可见，当物质受到外界能量（如电磁波、外加电场、带电粒子束、机械作用或化学反应等）的激发时，就能吸收能量到达激发状态，处于激发态的粒子在跃迁回基态的途中释放的能量会以发光或发热的形式表现出来，当能量以可见光的形式释放时，我们就能看到发光现象[4]。但固体物质在吸收了外界能量后并不一定能够按所要求的那样以发光的形式释放能量，只有存在发光中心[5]的材料时才能在外界能量激发下产生有效发光，发光中心一般都是由晶体中的杂质离子或晶格中的各种缺陷构成。发光中心在外界各种形式能量的激发下就会从基态跃迁到激发态，被激发的粒子再从激发态跃迁回基态的时候就会以发光的形式将能量释放出来。发光材料的发光中心一般采用纯的物质作为基质，再掺入少量杂质作为激活剂构成，激活剂主要起到激活基质的作用，使原本不会发光或在激发下产生较弱光的基质发出较强的光。
稀土发光材料对发光起主要作用的就是稀土离子，三价态是其特征氧化态，除了元素Sc、T、La以外，其他稀土元素均具有4f电子且4f电子层的亚层具有7个能容纳电子的轨道，当稀土元素被激发时，4f层的电子可以在各种不同的电子能级间产生激发跃迁（4f层和4f层电子之间的跃以及4f层和5d层电子之间的相互跃迁）[6]，当被激发的电子重新回到原4f电子能级时时就会通过发光来释放能量，从而形成我们常见的发光光谱。镧系离子电子轨道特殊，其6s电子轨道可以对4f电子轨道的电子形成屏蔽保护，使其几乎不受晶体场影响，所以其光谱表现为线状光谱，与自由离子的跃迁光谱呈现出大致一致的特点，其f-f跃迁呈现出独特的尖锐吸收峰。由于5d电子裸露在稀土离子的表面，外界晶体场能对其能级的分裂产生很大影响，使得其电子跃迁呈现出较宽的吸收峰。其中4f层和5d层之间的跃迁属于允许跃迁，其跃迁的吸收强度远高于f-f的吸收强度，根据资料其强度值要高出四个数量级，但是f-g跃迁的本征荧光寿命要远小于f-f跃迁[7]。
发光现象有很多种，根据其激发的方式不同可分为光致发光、电致发光、X射线及高能粒子发光、阴极射线发光、生物发光和化学发光等[4]。稀土元素作为发光材料既可以作为基体材料，也可以被用作激活剂、共激活剂或敏化剂[4]。稀土元素离子作为发光材料具备很多常规材料没有的优越性能。
1.2.2 发光材料的发光性能
1、紫外可见吸收光谱
紫外吸可见收光谱在分子光谱的范畴内，是由于价电子的跃迁而形成的一种可观测发光物质的带隙宽度的特征光谱。利用发光物质的分子或离子对紫外和可见光的吸收所产生的紫外可见光谱及吸收程度可以来分析物质组成、含量和结构。我们主要利用紫外可见吸收谱来分析发光材料的发光带隙。
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