LnMsbO_6和Ln_2M_2O_7 (M = Zr, Ti)复合氧化物的合成、组成、结构及发光等性质的研究

在综合文献报导的基础上，我们选择了LnMsbO_6和Ln_2M_2O_7 (M = Zr, Ti)做为研究体系，对其合成、组成、结构以及稀土离子在其中的发光性质进行了较为系统的研究。用氢氧化物共沉淀的方法，在等摩尔阳离子原料配比条件下，我们制备了LnMsbO_6和Ln_2M_2O_7(M = Zr, Ti, Ln = La - Yb, Y除Ce和Pm)。根据对组成的分析结果并与文献对比，我们认为得到的化合物组成与给出的分子式是一致的。由热分析并结合x-ray衍射分析对LnZrsbO_6的形成反应进行了研究，其结果表明化合物的形成过程是一个较慢的固相反应过程。通过x-ray粉沫衍射物相分析并结合掺杂Eu~(3+)的发光光谱，我们确定了在不同条件下合成的LnMsbO_6和Ln_2M_2O_7化合物的结构类型，并计算了所有化合物的晶胞参数。在对上述结构特性及其变化规律进行研究后，我们认为Ln_2M_2O_7结构变化规律与ΔZ/(d~2) (Z为阳离子电荷，d为阳离子与阴离距离)有关，随ΔZ/(d~2)值由小到大，Ln_2M_2O_7(M = Zr, Ti)先是形成具有荧石结构的阳离子无序固溶体，然后逐渐过渡到荧石结构的变型——有序的立方烧绿石结构，最后变型到单斜晶系结构。LnMsbO_6(M = Zr, Ti)低温相结构与Ln_2M_2O_7(M = Zr, Ti)是有联系的，即基本保持了其立方晶系结构。然后锑的加入使这种结构变得很不稳定，因此在高温灼烧下上述立方相将不可逆地变为更稳定的高温结构相。利用磁天平对LnMsbO_6和Ln_2M_2O_7进行了室温条件下的磁学性质测量，其玻尔磁子数的实验值与Van Vleck理论值符合较好。由此也可说以说明化合物的组成与给出的分子式是一致的。用荧光光谱仪对Eu~(3+)在不同基质中做发光光谱，其结果表明Eu~(3+)在烧绿石结构的Ln_2M_2O_7中，Ln~(3+)是处于具有反演中心的D_(3d)格位，这时~5D_0 → ~7F_2的电体极跃迁（～610nm）是被禁阻的，因此Eu~(3+)主要的发光为~5D_0 → ~7F_1磁体极跃迁（～590nm），并劈裂为两条谱线。在其它不具有反演中心的格位中Eu~(3+)的~5D_0 → ~7F_2跃迁则是较强的。在La~(3+)有着多个较低对称性格位的La_2Ti_2O_7:Eu中，无论是Eu~(3+)的激发光谱，还是发射光谱，其~5D_0与~7F_0之间的跃迁谱线都不只一条，这与La~(3+)多对称性格位特性是一致的。在立方荧石结构的LnZrsbO_6:Eu中，用Eu~(3+)电荷迁移带激发的发光光谱与用其它激发带激发的很不相同，其~5D_1能级的跃迁谱线非常强，我们认为这可能是由于电荷迁移激发态，将大部分能量传递给3~5D_1能级的结果。另外，我们比较了在Ln_2Zr_2O_7和LnZrsbO_6中Eu~(3+)的发光强度，发现前者要比后者强许多。在研究Bi~(3+)对Eu~(3+)的敏化作用时，我们发现在Y_2M_2O_7:Bi, Bu中Bi~(3+)对Eu~(3+)有较好的敏化作用，而在YMsbO_6:Bi, Eu中则没有。同时我们注意到对于Eu~(3+)取代六配位La~(3+)格位时，其电荷还移带位置和符合Hoefdraad认为是不变的规律，而是随着基质晶格的不同发生变化的。对Dy~(3+)在LnMsbO_6和Ln_2M_2O_7基质中发光性质研究中，我们看到Dy~(3+)的发光主要为兰色的~4F_(9/2) → ~6H_(15/2)跃迁(～480nm)和黄色的~4F_(9/2) → ~6H_(13/2)跃迁(～580nm)。其黄光与兰光的强度比值（R）随基质晶格的不同可以有很大的变化。一般情况下R值总是要大小1，且不随湿度和Dy~(3+)掺杂浓度变化。同时我们比较了在Ln_2Zr_2O_7和LnZrsbO_6 (Ln = Y, Gd, La)基质体系中Dy~(3+)的发光强度，发现同Eu~(3+)类似前者较后者强许多。在论文中我们给出了在Y_2M_2O_7和YMsbO_6 (M = Zr, Ti)中Sm~(3+)的激发光谱与发射光谱，从中可以看到当Sm~(3+)在Y_2Ti_2O_7中取代占据D_(3d)格位的Y~(3+)时，其~4G_(5/2) → ~6H_(9/2) (～650nm)电体极跃迁是被禁阻的。同时还给出了在YZrsbO_6中H_0~(3+)和Er~(3+)的激发光谱与发射光谱。此外，我们研究了Eu~(3+)和Dy~(3+)在一些基质体系中发光强度随温度的变化规律。发现Y_2Zr_2O_7:Eu的临界猝来温度要比La_2Zr_2O_7:Eu的高，Ln_2Zr_2O_7:Dy (Ln = La, Y)的温度猝来曲线则大致相同，且随温度和猝来要比Ln_2Zr_2O_7:Eu缓慢，对于上述现象我们利用位形坐标给出了一定的解释。然而所有的样品发光强度从室温开始，随温度的升高都是单调下降的。