荧光银量子团簇掺杂硼酸盐玻璃制备与光谱学性能研究

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类分子态的银量子团簇([Agm]n﹢),其由几个或十几个原子构成。在发光材料的实际应用中,会表现出像分子一样的离散电子态和依赖于团簇尺寸的荧光,因而可以通过调节银量子团簇[Agm]n﹢的尺寸,以实现其在可见光范围内的宽谱高效发射。所以银量子团簇[Agm]n+在白光照明、太阳能电池、生物传感等领域有着十分广阔的应用前景。使用硼酸盐玻璃网络结构来稳定[Agm]n﹢,可获得掺银离子硼酸盐无机发光玻璃,通过调控其组成与结构使其产生宽谱高效发射,有望在白光LED照明领域获得实际应用。目前,银量子团簇[Agm]n﹢的发光机理尚不明确,特别是过往研究中没有研发出近红橙色发光中心,因而现有的硼酸盐材料的发射光谱数据体现在色度图中,表现为离白光发射还有一定的距离。为此,本文从最简单的B203-Ag2O二元体系出发,探究出能使银量子团簇[Agm]n+大量出现并稳定存在,以及量子效率较高的Ag2O掺量,并以此为基础,通过向二元体系中掺杂网络改变体(Na20)、网络中间体(A12O3、ZnO)等措施,以找寻在可见光范围内拓宽发射光谱及提高量子效率的途径,研发出高效宽谱发射的银离子掺杂硼酸盐玻璃。本文主要开展了以下工作:(1)使用熔融淬冷法制备了B203-Ag2O玻璃,研究了Ag20掺杂含量对玻璃组成和玻璃网络结构的影响,以及三种不同的银发光中心(Ag﹢、[Ag2]2﹢和[Agm]n﹢)的形成规律及其光谱学性能的差异,最终获得最适宜的Ag20掺杂含量。(2)根据上述最适宜的Ag2O掺量,使用熔融淬冷法分别制备了B2O3-Ag2O-Na2O、B2O3-Ag2O-A12O3、B2O3-Ag2O-ZnO玻璃,研究了氧化物的种类及掺量对银离子掺杂硼酸盐玻璃的组成、结构、光谱学性能及量子效率的影响。(3)制备出了几种可见光波段内宽谱发射、高效的银离子掺杂硼酸盐玻璃。通过测试其量子效率及计算其色坐标值,验证了其应用于白光LED照明的可行性,为大功率白光LED照明器件积累了材料基础,提供了新的思路。
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