BaO-Lu2O3-SiO2體系相圖熱力學(xué)與中間相上轉(zhuǎn)換熒光材料制備.pdf

1、BaO–Lu2O3–SiO2體系是重要的稀土發(fā)光材料基質(zhì)體系，其中間相可指導(dǎo)合成單一基質(zhì)熒光粉、上轉(zhuǎn)換熒光材料以及無機(jī)閃爍體等稀土發(fā)光材料，但由于相關(guān)系和成相細(xì)節(jié)不清晰以及熱力學(xué)數(shù)據(jù)匱乏，材料的進(jìn)一步設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化受到了限制。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)相圖和體系熱力學(xué)數(shù)據(jù)，利用相圖計(jì)算（CALPHAD）技術(shù)，獲得了自恰一致的Lu2O3–SiO2二元系和BaO–Lu2O3–SiO2三元系相圖和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，并從前期研究得到的BaO–Lu2O3二元系相圖中

2、提取中間化合物Ba3Lu4O9的成相信息，合成了光色可調(diào)的Ba3Lu4O9:Er3+,Yb3+上轉(zhuǎn)換熒光材料。主要獲得的研究結(jié)果如下：
　　（1）基于RE2O3–SiO2(RE=Lu,Yb,Y)二元相圖的熱力學(xué)數(shù)據(jù)和我們的實(shí)驗(yàn)相圖數(shù)據(jù)，采用CALPHAD的技術(shù)對Lu2O3–SiO2二元系相圖進(jìn)行了優(yōu)化和計(jì)算。高溫溶液的吉布斯自由能采用雙亞晶格模型描述，其表達(dá)式為(Lu3+)P(O2-,SiO20)Q。所計(jì)算的相圖在1873 K以下

3、的范圍與在1573、1773和1873 K溫度下進(jìn)行的相圖實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。所計(jì)算的中間化合物L(fēng)u2SiO5和Lu2Si2O7的吉布斯自由能、比熱容以及Lu2O3和SiO2活度與相近體系Y2O3–SiO2二元系相圖的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。
　　（2）基于已獲得的BaO-Lu2O3、BaO-SiO2和Lu2O3-SiO2三個二元體系的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，通過外推的方式得到了BaO–Lu2O3–SiO2三元相圖。計(jì)算獲得的1473 K、1573 K、1

4、673 K溫度下的等溫截面、Lu2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%時的等溫截面圖以及中間相Ba3Lu2Si3O12和Ba9Lu2Si6O24的比熱容與實(shí)驗(yàn)信息相吻合。
　?。?）依據(jù)BaO–Lu2O3二元系相圖信息，提取了中間相Ba3Lu4O9，采用高溫固相法制備了一系列Er3+單摻和Er3+,Yb3+共摻的Ba3Lu4O9上轉(zhuǎn)換熒光粉。應(yīng)用X射線衍射和掃描電鏡測試對樣品的晶體結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。樣品在980 nm激光激發(fā)下，可以觀察到強(qiáng)烈

5、的綠光（537 nm和560 nm）和紅光（660 nm）發(fā)射，其分別來自于（2H11/2，4S3/2）→4I15/2和4F9/2→4I15/2的能級躍遷。Ba3Lu4-x-yO9:xEr3+,yYb3+的最佳摻雜濃度和燒結(jié)溫度分別為x=0.1、y=0.6和1550℃。隨著Er3+、Yb3+濃度的增加，綠色/紅色的發(fā)射強(qiáng)度比值逐漸下降，這歸因于兩個相鄰的Er3+之間發(fā)生了交叉弛豫效應(yīng)、合作能量傳遞以及Er3+到Y(jié)b3+的能量反向傳遞。同