1 序言

1.1 发光机理简述

随着环境问题的日益严峻，大气、水体污染的不断加剧而逐渐受到关注。根据现在人们的生活水平的不断提高，人们对各个领域的各种物质的要求也在不断的提高，所以人们的思维转到了对光材料的范畴内，发现了在发光的物质中掺一些稀土的发光材料，最后这种物质发出的光会比之前的物质发出的光明亮又通透性好，在人们生活中，发光物质已经成了很重要的一部分，其中在很多领域都有应用，比如化工、医药等。最近几年，对于能照明的东西已经逐步趋向人们的实用化，其中以白炽灯和荧光灯为主要部分，因为白炽灯发光效率不是很高，寿命的时间不是很长，除此以外各种能发荧光的灯都含有少量的重金属，对大自然也是有一定的污染的，所以，在现在的社会中，污染这么严重的情况下。图为固体发光的物理示意图：

1.2铈酸锶发光材料的研究进展

稀土的材料大部分有很相似的结构，最里边的一层4f电子能级相等的电子层的排布构型，所以一般含有稀土金属的元素都会表现出一些特性，特别是发光和照明领域[3-4]。稀土发光元素正因为是这种原因才会导致具有独特的一些性质，基本上在大部分的固体发光的范围内覆盖，稀土发光物质的发光的4f电子基础上在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁，之所以能从稀土物质富有的能级和4f电子的跃迁之中发现出许多更高级的材料。当电子从充满配体的分子轨道跃迁到稀土离子最里边的部分填充的4f壳层里，在光谱发射上会有比较宽的电荷迁移带，其一半的宽度能达到3-4Kw，谱带的地理位置受环境影响比较大，就现在来看已经了解到很多种三价离子和很多种四价离子都有共同的特点，那就是都有相似的电荷迁移带[5]。是因为在稀土离子的激发过程中，有些物质的跃迁强度不是很高。稀土离子由于其独特的内在结构，致会在掺杂铈酸锶里边出现发光的现象，稀土离子的内在结构是很特殊的，所以其他金属未出现发光的现象，只有稀土离子具有发光的性能。Sr₂CeO₄作为一种新型的蓝色发光材料在1998年Earl Danielson等人利用组合化学的方法（combinatorial chemistry methods）首次发现以来，以其高效的发光性能引起人们的普遍关注，在Earl Danielson的文章中首次提出了Sr₂CeO₄是一种新型的一维链状结构，属于正交晶系。通过对结构的进一步研究发现Sr₂CeO₄属于Pbam空间群，其各个晶胞参数分别是a=6·11897Å。，b=10·3495Å，c=3·5970Å，铈离子形成八面体配位，其中一个平面上的4个氧原子分别被另外两个CeO₆共用，形成八面体共边的链状结构，而剩下的两个反式终端氧原子与Sr²⁺配位结构。

1.2.1铈酸锶发光材料的结构特点

Danielson等人在《Science》杂志上首次报道Sr₂CeO₄在254nm紫外光激发下会发出蓝白光，其激光峰位于310nm左右，是一个宽带双峰，发射峰是以485nm为主峰位的从400-600nm的宽峰，在色谱图上的坐标分别是x=0·198和y=0·292，荧光寿命为51·3±2·4us，量子产率约为0·48±0·02，并提出Sr₂CeO₄荧光体电荷转移发光机理^[13]。人们发现铈酸锶具有很特别的发光性质后，人们对这种物质产生了强烈的好奇心和对这种物质有强烈的期望，因为在现在的情况下，人们都想要争取完美，然后对发光物质的期望是越来越高的，在一种期刊报道中，第一次发表了铈酸锶的一些具体结构形态等。人们对这种物质进行研究，发现它是一种八体的结构形态，通过这个结构，我们会看到铈处在中心的位置，而氧原子分别在各个边上和角上目前，白光LED以其节能、长寿而且环保的优势已被广泛应用于各种领域，在工业上可以作为一种极其重要的白色化工原料 。而稀土作为白光LED的重中之重，直接决定着发光性能，这对研究与创新具有很大的应用潜力。稀土离子由于其独特的结构，在铈酸锶中掺杂一些稀土金属，荧光效果会更好，发光强度增强，所以人们发现铈酸锶有与其他化合物不同的结构，发光材料很受到人们的关注，比如电视机的显示器、电脑显示器等。所以现在好多人对发光物质有了进一步的研究，在不污染环境的前提下，掺杂一些稀土金属，绿色环保，节约能源。

1.2.2铈酸锶发光性能以及发光机理研究

对铈酸锶进行了发表，这种物质会发出一种光的颜色，还研究了这种物质的发射峰和激发峰所在的范围，对这种物质有了一定的了解，大概范围是在200-300nm之间有个很强的峰带等。当在Sr₂CeO₄中掺杂10mol%的Ca形成Sr₂CeO₄：Ca时荧光体时，荧光体发黄绿色，其主要激发峰在290nm左右，在328nm左右有一个肩峰，其主要发射峰位于476nm，半峰宽为3500cm^-1，大于未掺杂Sr₂CeO₄荧光体的半宽峰3000cm^-1，激发和发射峰与未掺杂的Sr₂CeO₄荧光体比较之后，可以发现两者均发生了红移现象，有研究发现在Sr₂CeO₄荧光体中掺杂了铕离子时，Ce⁴⁺和Eu³⁺之间存在着能量转移，当掺入其中的Eu³⁺浓度较低时（小于4mol%），调节掺杂的Eu³⁺浓度，可以有效的调控荧光体从篮白光到红白光的发光颜色，当掺杂Eu³⁺浓度较高时，Sr₂CeO₄：Eu可以发出很强的红光，Sr₂CeO₄：Eu是一种在UV激发下能发出白光和红光的高效的“单基质”的荧光体。Hoefdraad认为，Eu³⁺在配位数为六的八面体，其电荷迁移带的位置几乎固定，平均约为42000cm^-1，当配位数为7和8时，电荷迁移带随基质的不同而异，随Eu-O键的增大而移向低能处，在研究Eu³⁺的激发光谱时，Eu³⁺-O²⁺电荷迁移态的吸收是一个很重要的吸收机制，所谓电荷迁移态，是指电子从一个离子转移到另一个离子上，即从氧离子的2P态转移到Eu³⁺的4f态，Eu³⁺-O²⁺电荷迁移带的位置可以很精确的计算出来。当Eu³⁺的配位数为6时，Eu³⁺-O²⁺电荷迁移带的位置与基质无关，大约在42000cm^-1，当Eu³⁺-O²⁺配位数不为6时，电荷迁移带的位置决定于Eu³⁺-O²⁺间的距离，距离越大，电荷迁移带的位置越低。目前还有还有一些关于在Sr₂CeO₄荧光体中掺杂Sm³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺等稀土离子的报道，但总体来看，对于Sr₂CeO₄荧光体的研究还有很长的路要走，还需要大量艰苦的实验去发现以Sr₂CeO₄为基质的新型可控荧光材料^[5]。

在铈酸锶被报导出来以后，由于具有很特别的宽带吸收光谱，在铈酸锶中能掺杂金属离子，有很大的可能会得到很高效率的发射光的材料，人们开始对Sr₂CeO₄荧光体掺杂金属离子进行研究，经过近期十几年的研究发展也取得了少量的成果。由于稀土元素的4f电子层未被完全充满电子，在同一时间会受到外电子层5s和5p轨道的影响，因此晶格环境的变化对4f电子组态的跃迁吸收影响较小，稀土元素光谱中可被观察到的谱线约有三万多条，能级跃迁通道有很多，大概在十几万左右，能发射出各种能量的电磁波的辐射，所以最近发明了更多的发光材料和能激发的物质。1960年前后是稀土发光材料的关键时期。国外一些学者发现了转化现象。为三价稀土离子的发光和激光的解释做出了巨大的贡献。1964年，稀土分离技术在世界各国学者的努力之下得以突破，产生了一些高效的红色荧光粉。1968年其他种类的为三价稀土离子的发光和激光的解释做出了巨大的贡献。1964年，稀土分离技术在世界各国学者的努力之下得以突破，产生了一些高效的红色光粉。1968年其他种类的荧光粉应运而生。对人们的研究过程中终于发现了这种物质的一些简单的机理，国内权威人士对Sr2CeO4荧光体的结构及性质做了许多的研究，最后得出这种物质中心元素是正四价的金属，进一步的发现这种金属的活泼性较差。所以，人们对这种物质下了结论，他的发光机理最大几率的会属于三种发射光之一，比如不完全的发光物质。溶胶合成的方法很多，简单说下以下的几种合成方法的特点：高温固相法工艺成熟，操作方便，但这种方法的化学合成反应 不易进行完全，产品难于粉碎，实验室条件要求苛刻。燃烧合成反应速度较快，因此其合成的产品的一些性能会收到影响。微波辐射合成法虽比较理想，但不利于大规模工业生产。