光学浮区法制备Gd2SiO5∶Eu3+晶体的发光性能研究

本文主要探讨了Gd2SiO5掺杂Eu3+的晶体通过光学浮区法制备及其发光性能的研究。首先，通过冷等静压法制备多晶原料棒，然后在高温固相反应中制备出Gd2SiO5∶Eu3+粉末。利用光学浮区技术将这些粉末转化为高质量的晶体。晶体的微观结构和光谱特性得到了深入分析。 X射线衍射(XRD)结果显示，晶体沿着[001]方向生长，具有良好的结晶度，相较于粉末和原料棒，其晶体形态更为有序。晶体经过了严格的摇摆曲线和拉曼光谱分析，证实了其高纯度和无明显宏观或微观缺陷。 元素分布和化学状态分析由能量 dispersive X射线 spectroscopy (EDS) 和 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) 进行，确认晶体中没有杂质成分，且XPS谱中观察到了Gd3d5/2和Eu4d5/2光电子峰的分裂，这表明Gd3+和Eu3+分别处于7配位和9配位环境。 低温紫外可见(UV-Vis)吸收谱中，发现了Eu3+-O2-电荷转移吸收带和Gd3+的4f-4f电子跃迁吸收，特别是6D/I/PJ→8S7/2过程对应的吸收限，通过对(Ahν)1/2-hν曲线的处理，确定了禁带宽度为5.9 eV。当样品受到紫外光激发时，显示出橘红色，而不同波长的激发（如254 nm、277 nm、365 nm、396 nm）产生了红光发射，具体波长包括583 nm、596 nm、620 nm和629 nm，其中277 nm激发下的强度最强。 激发谱的分析显示，以583 nm、596 nm、620 nm和629 nm为监测波长，激发光谱范围在200~500 nm，且有以277 nm为中心的宽谱，这对应于Eu-O电荷转移跃迁和Gd3+的8S7/2→6IJ跃迁，以及其他几个特定波长的激发峰值，如313 nm（Gd3+8S7/2→6PJ）、396 nm（Eu3+7F0→5L6）和466 nm（Eu3+7F0→5D3）。 总结来说，这项研究证实了光学浮区法是一种有效的方法，可以制备出高质量的Gd2SiO5∶Eu3+晶体，其光谱特性表现出优异的发光性能，对于潜在的光电子应用，如光纤通信和显示器等具有重要价值。这项研究结果对于理解Gd2SiO5基荧光材料的制备过程及其在特定应用中的性能优化具有重要意义。