基质晶体的化学键性质与掺杂稀土离子发光特性间关系的研究

本文使用复杂晶体化学键理论对由Eu2+或Ce3+掺杂的复杂基质晶体的化学键性质进行了理论研究，同时对发光稀土离子的发光特性与其在所处晶体中所表现的化学键性质间的关系进行了理论上的探讨，所研究的对象是具有复杂晶体结构的系列晶态物质，其中包括Eu2+掺杂的碱土硼酸盐系列晶体、Eu2+掺杂的碱土硅酸盐系列晶体、Eu2+掺杂的碱土铝酸盐系列晶体，卤化硫硅酸饰系列晶体及Ce3+掺杂的碘化硫硅酸斓晶体等。理论计算的结果表明具有4f~(n+1) 4f ~n5d~1组态间跃迁Eu2+和Ce3+离子之所以在不同基质晶体中表现出不同的发光特性是与它在不同基质晶体中呈现出不同的化学键性质而造成的。更深入的研究发现，在晶体结构和中心离子配位环境非常相似的系列晶体中，’掺杂离子发射光的Stokes位移值与其所取代格位的平均共价性成正比的关系，这是由于Stokes位移的本质是发光离子在发光过程中向基质以光波辐射的形式传递能量，这一能量的大小是由基质的振动频率决定的，而基质的化学键性质恰恰决定着基质的振动频率。在碱土硼酸盐系列晶体中Ba2MgB2O6, BaBe2B2O6 1 Ba2LiB5Ojo和SrB4O7四种晶体所对应的点（Stokes shift vs Fc）处在同一条直线上，而SrA12B207和BaLiBO3晶体所对应的点并没有处在这条直线上。在碱土硅酸盐系列晶体中CaSiO3 1SrSiO3 , BaSiO3三种‘晶体所对应的点处于同一条直线上，而同一系列的Sr2LiSiO4F, BasS1O4Br，BaSSiO4Cl。三种晶体所对应的点却处在另一条直线上，造成这种分组的原因是由于处于同一直线上的晶体属于键性相近的晶体。进一步研究表明掺杂离子发射光的Stokes位移值不仅与所处的晶体有关，还与其在晶体中所处的不同格位的键性有关。在讨论键性与轨道劈裂能之间的关系时发现，化学键性质确实是影响劈裂能大小的一个因素，但由于还存在其它因素影响着轨道的能级劈裂，所以目前我们没能确定出化学键性质与轨道劈裂能之间的定量关系。