Sol-Gel制备铜、铕离子激活Al2O3膜层材料的发光性能开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

植物、藻类、一些细菌和原生生物等利用光合作用能生产糖和其他生命必需的化合物。然而,起到光合作用的主要器官是叶绿素和类胡萝卜素两大类,植物在光合作用中可利用的波长光范围是400 ~ 480 nm的蓝紫光区和600 ~ 700 nm的红橙光区,也就是说,太阳光照射到地面上的光,有很大一部分是对植物没有作用的,光质对植物的光合作用有很大的影响。因此,为了提高其生长效率,可以将不需要的光转换为需要的光,这时采用转光膜材料是非常有必要的,通过掺杂稀土元素和一些其他金属掺杂合成发光材料是一种很好的选择。至今为止,各种转光膜层材料吸引了许多研究者们的关注,并且也取得了一些骄人的成果,有些甚至已经开始应用于实践,但依旧没有得到大规模的应用。问题的关键于价格便宜、性能优异的转光膜材料特别少,而且在制备转光膜层材料的过程中,寻找满足要求的转光剂是成功制备转光膜的关键。

对于转光膜的要求主要有以下几点:1.基质材料要稳定;b发射光谱峰与植物最佳生长作用光谱相匹配;2.激发光谱峰与植物反射光谱相匹配;3.转光剂在全天候条件下的稳定性高、衰减慢;4.低污染是转光膜创造生态农业的价值所在;5. 成本低是转光膜普及的关键因素。

基于以上要求选择稳定的氧化铝作为基体材料,因为氧化铝有很多优异的性能,例如耐酸碱腐蚀、机械强度高、光学性能好等等。一般文献报道的有铕离子、铜离子、铒离子、镱离子等作为激活离子,通过这些金属离子的掺杂,可以改变氧化铝薄膜的光学性能,将植物生长不需要的紫外光和黄绿光转变为植物生长所必需的的蓝紫光和红橙光,加强植物在弱光时候的光合作用。因此,本课题选择铕离子、铜离子作为激活离子,采用溶胶凝胶法制备铜离子、铕离子共掺杂氧化铝薄膜。

1998 年,Gaponenk等[14]人运用溶胶凝胶法,以 AlCl3前驱体,水作为溶剂,将稀土Er3 离子以 Er(NO3)3 形式掺杂,得到稀土铒离子掺杂的勃姆石(y-AIOOH)溶胶,最后采用浸渍提拉的方法得到掺稀土 Er3 :Al2O3 薄膜。

2000 年,Wang等[15]人采用异丙醇铝为前驱体反应物,水作为溶剂,Er(NO3)3为掺杂介质,在水性环境下水解,制备 Er3 掺杂 Al2O3 薄膜,因为醇盐水解的温度相对温和,使得 Er3 在薄膜中分布较均匀,并且在室温检测到 Er3 掺杂在氧化铝薄膜中 PL 谱。

2006年,Yang等[16]对溶胶凝胶法制备工艺进行改进,以异丙醇代替水作溶剂,采用非水性溶胶凝胶工艺控制溶胶水解过程减少体系残余-OH的含量,提高了体系的PL特性。

2006 年,朱振华等[17]人在Yang的基础上,采用非水性溶胶凝胶工艺制备了稀土铒离子掺杂 SiO2复合的 Al2O3粉末,为了解决了相变过程中导致光致发光谱劈裂情况,采用升高烧结温度的方法,更进一步减少了氧化铝体系中羟基的含量,提高稀土掺杂薄膜的光致发光强度。

2008年,张圣燕[18]在前人的基础上,采用溶胶凝胶法,以异丙醇为溶剂,异丙醇铝为反应物,制备得到了铒和镱共掺的氧化铝溶胶,通过浸渍提拉工艺,制备1mol%Er3 -(0-10)mol%Yb3 共掺杂氧化铝薄膜。研究添加剂对薄膜改性,在不影响薄膜光致发光强度的基础上,降低了薄膜开裂的几率。

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