稀土掺杂钨硅酸盐玻璃陶瓷的制备与发光性能研究

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1、分类号：密级：公开UDC：编号：稀土掺杂钨硅酸盐玻璃陶瓷的制备与发光性能研究StudyonPreparationandLuminescencePropertiesofRareEarthDopingTungstenSilicateGlass-Ceramic学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科专业名称及代码：材料物理与化学（080501）研究方向：无机光电功能材料申请学位级别：博士指导教师：苏春辉研究生：韦钦磊论文起止时间：2014.03-2016.09万方数据长春理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的博士学位论

2、文《稀土掺杂钨硅酸盐玻璃陶瓷的制备与发光性能研究》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：韦钦磊2017年03月30日长春理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属长春理工大学。本人保证毕业离校后，发表论文

3、或使用论文工作成果时署名单位仍然为长春理工大学。同意长春理工大学保存并使用学位论文；同意长春理工大学向国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社、中国科学信息研究所送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。（涉密论文在解密后遵守此规定）论文涉密情况约定：（打“√”选择）本论文非涉密论文。□本论文属于涉密论文，在年解密后使用本授权书。作者签名：韦钦磊2017年03月30日导师签名：苏春辉2017年03月30日万方数据摘要2+钨离子具有较大的电负性，能够俘获游离氧形成[WO4]四面体结构单元，参与玻璃三维网络的构建，增强玻璃网

4、络结构的紧密性，增大玻璃粘度，从而提高玻璃的析晶稳定性。钨酸盐的发光光谱十分稳定，本征发光谱带很宽，钨酸盐的本征发光中心2-是[WO4]，钨酸盐中的阳离子强烈地影响发射带的位置。钨酸盐荧光体是典型的自激活发光材料，也可以由稀土离子激活，这些稀土离子被掺入钨酸盐点阵后，与W-O键之间存在能量传递，促进稀土离子的发光。所以，选定钨酸盐为研究对象，制备出以钨酸盐为主晶相的玻璃陶瓷，研究钨硅酸盐玻璃陶瓷的发光性能。利用熔融-晶化法首次制备出了晶相为CaWO4、ZnWO4和NaY(WO4)2的钨硅酸盐3+3+3+3+玻璃陶瓷，确定了最佳的热处理制

5、度。并掺杂稀土离子Er-Yb、Tb和Eu，比较不同结构的钨硅酸盐玻璃陶瓷中稀土离子的发光性能，以及稀土离子掺杂对晶相结构的影响。CaWO4和NaY(WO4)2晶体结构较稳定，稀土离子的掺杂没有改变玻璃陶瓷的晶相。ZnWO4为黑钨矿结构，结构不稳定，随着稀土离子掺杂浓度的增加，晶相由ZnWO4转变为Na0.5Re0.5WO4（Re：Er、Yb、Tb、Eu）。稀土掺杂钨硅酸盐玻璃陶瓷均表现出较好的发光效果，并确定了最佳的稀土离子掺杂浓度。运用体视学原理，研究钨硅酸盐玻璃陶瓷显微结构和光透过率的定量关系。随着三维自由距离的增大，晶粒的体积分数

6、减小，粒径较小，光透过率增加。随着三维球当径的增加，光透过率逐渐减小，所以应控制晶粒的粒径以提高玻璃陶瓷样品的光透过率。随着单位体积内晶粒的平均比表面积增加，光透过率降低；随着单位体积内单个晶粒的平均比表面积增加，光透过率增加，说明了玻璃陶瓷中晶粒的粒径越大，形貌越复杂，样品的光透过率越低。利用红外光谱和拉曼光谱研究了钨硅酸盐玻璃陶瓷的微观结构。研究表明：三种23体系的钨硅酸盐玻璃陶瓷中残余玻璃相的网络结构单元均为Q、Q和[BO3]三角体。对不同热处理制度玻璃陶瓷样品的拉曼光谱进行拟合，分析了晶相的析出对玻璃陶瓷网络结构单元相对含量的影

7、响。随着钨酸盐晶相不断的增加，Si-O-M、B-O-M（M=Ca、Zn、Na、W）键衍射峰逐渐减弱，金属阳离子减少，断裂后的Si-O或者B-O相互间形成新的网络结构，形成了Si-O-Si、B-O-B和Si-O-B。利用晶体场理论对铒掺杂钨硅酸盐玻璃陶瓷进行了研究。通过对NWO4（N=Ca、Zn）白钨矿型结构进行分析，利用叠加模型，计算出晶体场参数值。再结合离子参数-1对光谱进行拟合，与实验光谱对比，计算拟合精度均方根误差σ(Ca)=11.6cm，-1σ(Zn)=14.26cm，说明能级拟合的较好。通过拟合能级得到晶体场参数，并计算晶体-

8、1场强度Nν=2163.8cm。说明利用叠加模型进行晶体场参数的计算，并拟合钨硅酸盐玻3+璃陶瓷中Er的能级是可行的。可用于解释稀土掺杂玻璃陶瓷光谱中的能级分裂和位移，比较稀土离子在不同晶相玻璃陶瓷中的发光