溶胶凝胶siolt2gt基玻璃发光材料的研究

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1、山东大学博士学位论文摘要玻璃基发光材料由于在激光、照明、显示等方面有着广阔的应用前景而受到广泛重视。Si0：玻璃优良的物理化学性质使它很适合作为发光材料的基质。溶胶凝胶法(sol—gelmethod)在制备Si0：玻璃基光功能材料方面有着传统玻璃制造方法无法替代的优点，因此80年代以来，利用溶胶凝胶法制备Si0：玻璃基发光及激光材料成为研究热点，发现了许多新型的发光材料，而且发现sol—gelSi0：玻璃本身就是一种很有潜力的发光材料。通过对无激活离子或激活离子掺杂的sol—gelSi0。基玻璃的研究，有望获得一系列

2、新型发光材料，同时可以对材料设计和发光机理等方面进行深入的探索。在总结近十几年来sol—gelSi0：玻璃基发光材料研究进展的基础上，我们确定把sol—gelSi02二元玻璃基质、过渡金属离子掺杂、两种稀土离子双掺的sol—gelSi0：基玻璃作为研究重点。本论文的主要研究内容如下(1)首先研究了sol-gelSi01玻璃的制各、干燥和热处理条件。为了尽量简化工艺，减少有毒试剂的使用，采用正硅酸乙酯作为Si0：源，无水乙醇作为溶剂，无机酸作为催化剂。通过控制溶剂、水和催化剂的加入量，控制蒸发速度，控制所得干凝胶的厚度

3、，利用简单的工艺在较短的时间内就能够得到不弯曲变形的Si0：透明干凝胶，然后通过控制升温速度获得经过较高温度热处理丽不碎裂的SiO。玻璃。研究了sol-gelSi0：干凝胶的发光性质及不同制备工艺条件对发光性质的影响。在sol—ge[Si0。中观察到450和609nm两个发光峰，其中位于609nm的橙色发光是首次在sol—gelSi0：中观察到。Sol—gelSi0，干凝胶的发光性质随催化剂盐酸和水的加入量的变化而变化。随着盐酸加入量的增加，发光减弱：随着加水量增加，发光增强，当加水量超过一定值时，发光开始减弱。运用

4、缺陷发光机制对sol—gelSi0：的发光进行了理论解释，并提出了凝胶结构模型，认为发光与在sol—gel过程中产生的缺陷有关，这些缺陷分布在凝胶内部或sol—gelSi0：的孔洞表面上。首次对催化剂加入量和加水量对发光性质的影响提出了较为详细的解释，认为水和盐酸的加入量通过影响网络结构，缺陷的生成和浓度来影响发光性质。这些研究结果对以下的研究打下了基础。山东大学博士学位论文(2)采用两步水解法制备了sol—gelZr0：-Si0：和Ti0。-Si0：二元组分玻璃。首次研究了SO卜gelZr0：一Si0。和Ti0：一

5、SlO：二元组分玻璃的发光性质并研究了Zr0：，Ti0。含量和热处理温度对二元组分玻璃发光性质的影响。在sol—gelZr0：一Si0：和Ti0：一Si0：中观察到了与sol—gelSJ0，非常相似的约450nm的发光峰。这一发光峰与基质中的缺陷有关。经过较高温度处理的二元体系玻璃的发光强度远大于纯sol—gelSi0：玻璃。首次发现二元体系玻璃的发光强度随热处理温度变化规律不同于sol-gelSi0：：在一定热处理温度以fi仃，二元体系的发光强度随热处理温度的升高而降低；但是在热处理温度超过～定值后，二元体系的发光

6、强度随温度上升而显J著增强。而sol—gelSi0：发光强度随热处理温度的升高一直降低，这说明二元组分体系在热处理过程中网络结构和缺陷浓度的变化不同于sol—gel单组分Si0：。同时，Zr0：和Ti01的含量对发光强度也有影响。针对这种不同于纯sol—gelSi0：在热处理过程中发光性质的变化规律，提出了理论解释，认为是第二相Zroi、Ti0：的引入改变了凝胶的网络结构，改变了热处理过程中缺陷的形成和浓度，从而对发光性质产生影响。研究结果表明，通过适当比例Zr07、Ti0：的掺杂，可以获得物理化学性能比较稳定的发光

7、强度较高的SOl—gelSi0：基玻璃。在二元组分玻璃中，因为第二相组分如Ti0：的前驱体的水解速度比SiO。前驱体的水解速度快得多，随着第二相组分含量增加，凝胶时间越来越短，形成的玻璃体系越来越不稳定。为了研究高含量Ti0：的sol-gelTi0。一Si0。二元组分体系的发光性质，制备了¨0：一Si0：(Ti：Si=l：lm01％)薄膜样品。首次研究了在不同温度热处理的Ti0：一Si0。(Ti：Si=l：lm01％)薄膜的发光性质。在550-950℃温度范围内进行热处理的Ti0：一Si0：薄膜的发射光谱都由440、

8、484、657、691及550—600nm范围内的发光峰组成，其中440nm蓝光为宽发光带。440nm发光与薄膜中的缺陷有关。440nm发光峰的发光强度随热处理温度变化幅度较大：先是随热处理温度升高而增强，热处理温度超过750"0后开始下降。这是因为sol-gelTi0：一Si0。薄膜在热处理过程中存在着Ti0：一Si0。分相及随之产生的Ti0