稀土掺杂ZAO系陶瓷红外发射率及光致发光性能

题名:稀土掺杂ZAO系陶瓷红外发射率及光致发光性能
作者:孔志强
学位授予单位:南京航空航天大学
关键词:稀土;;ZAO陶瓷;;发射率;;光致发光;;介电性能
摘要:

 本文系统地研究了镧系稀土掺杂ZAO系块体陶瓷及薄膜(简称ZAOR陶瓷)在8～14μm波段的红外发射率和光致发光性能,开发了稀土掺杂CaO:ZAO块体陶瓷(简称ZCAO),研究了ZCAO陶瓷的介电、红外发射率及发光性能。采用高Neodymium Magnets温烧结法制备了轻稀土(Y3+、Ce4+、Pr2+/Pr3+和Nd3+)和重稀土(Sm~(3+)、Eu~(3+)、Gd~(3+)、Tb~(4+)/Tb~(3+)、Dy~(3+)、Ho~(3+)和Er~(3+))掺杂ZAO块体陶瓷,稀土含量≤0.92at%的ZAOR陶瓷的发射率在0.927～0.958之间,Ce4+、Sm~(3+)和Er~(3+)降低了ZAO陶瓷的发射率,其它稀土均提高了ZAO陶瓷的发射率,轻稀土掺杂的ZAOR陶瓷的发射率比重稀土大。在紫外线激发下,所有稀土离子均能增强ZAO陶瓷的绿光和黄光发射,与ZnO基质存在能量传递,观察到稀土离子因交叉弛豫过程引起的荧光浓度猝灭现象。Ce4+和Er~(3+)对ZAO陶瓷在可见光范围的发光峰有特殊地增强作用,并观察到Er~(3+)绿光发射带有能级劈裂现象。

 采用射频磁控溅射技术分别在铝合金(2024)和石英玻璃表面制备稀土Dy~(3+)、Ho~(3+)和Er~(3+)掺杂ZAO薄膜。讨论了溅射功率、薄膜厚度以及稀土掺杂量对石英玻璃基ZAOEr薄膜结构和8～14μm波段红外发射率的影响。ZAOR薄膜的发射率在0.810～0.856之间,热处理降低了石英玻璃基薄膜的发射率,ZAOEr薄膜退火后获得的最小发射率为0.765。Al合金基ZAOEr薄膜的发射率随着薄膜厚度的增加而增大,发射率为0.169～0.578。ZAOR薄膜的发光强度比块体陶瓷弱,发光机制也略有不同http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets 。稀土Nd、Ho、Dy和Sm掺杂的ZCAO陶瓷具有较低的介电常数,较高的介质损耗,稀土掺杂增强了ZCAO陶瓷的蓝光、绿光和黄光发射。烧结温度的升高和保温时间的增加提高了Nd-Ho共掺ZCAO陶瓷的介电常数,降低了其介质损耗。稀土掺杂的ZCAO陶瓷中出现了CaO和CaAl_2O_4新相,CaCO_3并未完全分解。在1250℃下保温2小时,Nd-Ho和Dy-Sm掺杂的ZCAO陶瓷的最大介电常数εr分别为9.52和8.5。稀土掺杂的ZCAO陶瓷的红外发射率为0.955～0.980。
学位年度:2010