摘要
钒酸盐（LnVO4）和铌酸盐(LnNbO3）材料具有优异的光学性能和化学稳定性。LnVO4中的[VO4]3-基团在紫外光区具有很强的电荷迁移吸收带，能够将吸收的能量传递给掺杂的稀土离子，增强稀土离子的能级跃迁从而提高发光性能。LnNbO3拥有稳定的钙钛矿结构，具有磁阻、铁电、超导、电荷有序以及较高的光致发光量子效率等特性，因此钒、铌酸盐常被用作稀土发光的基质材料。本文采用了高温固相法以及水热法在不同的条件下制备了一系列的 LaVO4:Dy3+、LaVO4:Dy3+，Ca2+、LaVO4:Eu3+和LaNbO3:Dy3+荧光粉，探究了预烧结条件、掺杂浓度以及PH值对荧光粉的影响，最后结合第一性原理计算了其电子结构和光学性质。主要研究内容如下: 1、采用高温固相法制备了单斜晶相结构的 LaVO4:Dy3+和LaVO4:Dy3+，Ca2+荧光粉。发现预烧结后的荧光粉颗粒更均匀，发光性能更好。掺入Ca2+后的样品颗粒表面更光滑，结晶度更好且发光强度也得到了很大的提升。LaVO4:Dy3+和LaVO4:0.05Dy3+，Ca2+荧光粉中，Dy3+的最佳掺杂浓度为0.05，Ca2+的最佳掺杂浓度为0.08。我们还可以通过控制Dy3+浓度调控了LaVO4:Dy3+荧光粉的发光颜色，而不需要在单一相位的主晶格中掺入其他颜色中心，Ca2+的掺入增强了荧光粉的黄光发射。第一性原理计算发现Ca的掺杂降低了LaVO4基质带隙导致基质敏化，同时V-O共价键增强，从而提高了电子发生跃迁的概率，增强了荧光粉的发光强度。 2、在不同条件下采用水热法制备了两种晶相结构的LaVO4:Eu3+荧光粉并进行了理论计算。发现酸性条件下制备的样品为四方锆石型晶相结构，颗粒尺寸小且表面粗糙，而中性条件和碱性条件下制备的样品为四方锆石晶相和单斜晶相共存，碱性溶液中制备的样品晶体颗粒较大且表面光滑。随着反应溶液PH的增大，样品的发光性能逐渐增强，在PH为9时样品的四方晶相峰强度几乎为零且样品发光性能达到最佳。最后利用VASP计算了不同晶体结构LaVO4的能带结构、态密度以及光学性质，计算结果发现掺杂后两种晶相的LaVO4的带隙都降低，使得更多的Eu3+加入到能级跃迁中，故提高了荧光粉的发光性能。m-LaVO4的静态介电常数和折射率明显高于t-LaVO4，Eu的掺杂使m-LaVO4的静态介电函数增加了近两倍，折射率也有了明显提升。近紫外区，m-LaVO4消光系数更高，且正比介电函数虚部。 3、采用高温固相法制备了空间结构为PMMM的LaNbO3:Dy3+荧光粉并运用第一性原理计算了其态密度和光学性质。随着Dy3+浓度的增大样品发光强度不断增强，当Dy3+浓度为0.5时，LaNbO3:Dy3+荧光粉的发光性能最好。在450 nm激发光下，LaNbO3:Dy3+荧光粉的Dy3+的发射带主要位于黄光发射区(575 nm)，是由Dy3+的 4F9/2→6H13/2跃迁导致。理论计算得到，Dy的掺入使得Nb-O共价键增强，提高了电子跃迁概率，增强了荧光粉的发光强度，且Dy的掺入将静态介电常数提高了近2倍，增强了LaNbO3基质对红外和远紫外光子的吸收。
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