Ce~(3+)在稀土取代的卤磷酸盐中的发光与能量传递的研究

本工作用固相反方法、以炭保护或在N_2-H_2还原气氛中，两次灼烧，合成了一系列烯土取代的卤磷酸盐发光体，其反应是M_2~ICO_3 + M_3~(II)(PO_4)_2 + M_2~(III)O_3 + (NH_4)_2HPO_4 + M~(II)F_2 → M_x~IM_(10-2x)~(II)M_x~(III)(PO_4)_6F_2 + NH_3 + H_2O式中：M~I = Li~+, Na~+, K~+; M~(II) = Ca~(2+), Sr~(2+); M~(III) = Y~(3+), La~(3+), Gd~(3+); X = 0.5, 1, 2, 3。通过X－射线分析法和以Eu~(3+)作为荧光离子探针方法确定了样品的物相和晶体结构，表明它与M_(10)~(II)(PO_4)_6F_2同属六方晶系(Pb_3/m)。并用图解外推法求得样品的晶胞参数a和c分别为9.41和6.89 A。在研究了M~I, M~(II)和M~(III)为不同阳离子，X为不同值时，取代物的物相和结构变化以及对Ce~(3+)发光和能量传递影响规律的基础上，以Na_2Ca_6La_2(PO_4)_6F_2为基本体系比较详细地研究了Ce~(3+)的发光，Ce~(3+)-Mn~(2+), Ce~(3+)-Re~(3+) (Re~(3+) = Pr~(3+)、Nd~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)、Dy~(3+)、Tm~(3+)、Ho~(3+)、Er~(3+))以及Ce~(3+)-Mn~(2+)-Re~(3+) (Re~(3+) = Dy~(3+), Nd~(3+))的能量传递。实验发现，Na_2Ca_6La_2(PO_4)_6F_2:Ce~(3+)是较强的紫外光发射体，发射谱带是由338和358nm两个宽带峰组成的，相应于~2D-~2F_(5/2)和~2D-~2F_(1/2)跃迁。发射强度和~2D-~2F_(6/2)，~2D-~2F_(7/2)两种辐射跃迁几率相对大小与温度，Ce~(3+)的浓度有关；F~-含量对发射强度也有强烈的影响。我们认为，浓度和温度的影响是由于Ce~(3+)-Ce~(3+)的能量迁移作用。实验发现，Ce~(3+)能有效地敏化Mn~(2+)的发光，得到高效的黄色荧光发射体。Ce~(3+)对Re~(3+)的作用可以分为三类：A）. Ce~(3+)-Sm~(3+)、Tb~(3+)、Dy~(3+)、Tm~(3+)；B）．Ce~(3+)-Nd~(3+)，Pr~(3+)；C）. Ce~(3+)-Ho~(3+), Er~(3+)。在A，B类型中，Ce~(3+)能有效地敏化这些稀土离子，但能量传递效率(η_T)_A > (η_T)_B。在Ce~(3+)-Ho~(3+)、Ce~(3+)-Er~(3+)类型中，Ho~(3+)、Er~(3+)不产生可见辐射，Ce~(3+)的发射强度也显著降低。在Ce~(3+)-Mn~(2+)-Re~(3+)三元中心体系中，Ce~(3+)的能量可直接传递给Mn~(2+)和Re~(3+)中心，还可通过Ce~(3+)-Mn~(2+)-Re~(3+)的途径传递。通过研究中心离子的浓度效应，温度效应、测定激发光谱、荧光光谱、荧光衰减曲线的荧光寿命，能够证实：在Ce~(3+)-Mn~(2+)、Ce~(3+)-Re~(3+)、Ce~(3+)-Mn~(2+)-Re~(3+)的能量传递属于无辐射共振传递相互作用类型。符合M. Yokata等人提出的偶极－偶极相互作用扩散限制传递历程。我们还利用Ce~(3+)、Ce~(3+)-Mn~(2+)、Ce~(3+)-Re、Ce~(3+)-Mn~(2+))-Re~(3+)激活体系中Ce~(3+)的发射强度和荧光寿命等数据计算了Ce~(3+)的能量传递效率。发现两种结果相差较大，为了准确地表达Ce~(3+)的敏化效果，在分析上了产生这种误差的原因后，提出了两种传递效率表示式(η_f, η_R)。

Energy transfer and upconversion luminescence properties of Y2O3 : Sm and Gd2O3 : Sm phosphors

Y2O3:Sm and Gd2O3:Sm powder phosphors were prepared by carbonate coprecipitation method. The purified crystalline phases of Y2O3:Sm and Gd2O3:SM were obtained at 600degreesC, and the crystallinity increases with increase in annealing temperature. Both samples contain aggregated phosphor particles. An energy transfer (ET) from Y2O3 and Gd2O3 hosts to sm(3+) has been observed, and the ET efficiency in the latter is higher than that in the former because an energy migration process like Gd3+-(Gd3+)(n)-Sm3+ has occurred in the latter. Furthermore, an upconversion luminescence from the (4)G(5/2) level of Sm3+ has been observed in both Y2O3 and Gd2O3 under the excitation of 936 nm infrared, whose mechanisms are proposed. Both the up and downconversion emission intensities of Sm3+ in Gd2O3 are stronger than those in Y2O3.

Ln_nMCo_nO_(3n+1)(Ln=Sm,Gd;M=Sr,Ba;n=1,2)的合成、结构、电和磁性质研究

用固相反应法合成了三个新的交生相氧化物:Sm_2SrCo_2O_7,Gd_2SrCO_2O_7和Sm_2BaCo_2O_7.它们均具有Sr_3Ti_2O_7型的结构,其中Sm_2BaCo_2O_7属于正交晶系,其它属于四方晶系.与LnSrCoO_4相比,Ln_2SrCo_2O_7(Ln=Sm,Gd)中CoO_2平面上的Co-O键缩短,电子离域化趋势增强,导电能力提高.在300～1100K之间,电阻率与温度关系表明,五个氧化物均表现弱定域系统的特性. 300～1100K之间的磁化率与温度关系表明,在较低温度下,GdSrCoO_4和Gd_2SrCo_2O_7符合Curie-Weiss定律,但前者的CoO_2平面上的磁交换作用是反铁磁性的,而后者是铁磁性的;含Sm~(3+)的三个氧化物表现出较为复杂的磁性质,这可能与Sm~(3+)离子磁性质的复杂性有关.

(C_8H_8)Sm(C_8H_8)Na(THF)_3的晶体结构

(C_8H_8)Sm(C_8H_8)Na(THF)_3的晶体属单斜晶系,P2_1空间群.晶胞参数为α=12.140(3),b=13.794(3),c=8.944(3)(?),β=111.68(3)°,V=1391.8(7)(?)~3,Z=2,μ=21.93cm~(-1),D_c=1.43g/cm~3,F(000)=610,Mr=598.0。结构经Patterson函数和Fourier技术解出并经最小二乘修正,最终的偏离因子R为0.046.配合物具有双层夹心结构.其中Sm~(3+)和Na~+通过η~8-环辛四烯基连接。

助熔剂法生长YVO_4:RE~(3+)晶体

稀土钒酸盐是很好的发光和激光材料。本文探讨了助熔剂法生长YVO_4:RE~(3+)(RE~(3+)=Pr~(3+),Sm~(3+),Tb~(3+))晶体的工艺条件。讨论了V_2O_5与Pb_2P_2O_7为助熔剂和温度对晶体成核,生长习性和缺陷的影响。并测定了晶体的结构参数。分别以V_2O_5和Pb_2P_2O_7为助熔剂进行YVO_4:RE~(3+)晶体的生长,结果表明用V_2O_5为助熔剂比用Pb_2P_2O_7为助熔剂要优越得多。以

{[(μ_2—Cl)(C_5H_5)Sm(μ_2—Cl)]_2(μ_3—Cl](μ_4—O)Sm(μ_2—Cl)THF}_2~(2-)·[Li(DME)_2·Li(THF)_2DME]~(2+)·DME的晶体结构

1977年,Bradley等人报道了稀土离子间以双氧离子(O_2~(2-))为桥的稀土金属有机配合物的合成及其晶体结构,类似的稀土离子间夹有氧离子(O~(2-))的金属有机配合物也相继有些报道,但本文提出的含有六个Sm~(3+)夹有两个氧离子的簇状配合物则未见报道。

Photoluminescence in disordered sm-doped PbTiO3: Experimental and theoretical approach

Sm-doped PbTiO3 powder was synthesized by the polymeric precursor method, and was heat treated at different temperatures. The x-ray diffraction, photoluminescence, and UV-visible were used as a probe for the structural order degree short-, intermediate-, and long-range orders. Sm-3+ ions were used as markers of these order-disorder transformations in the PbTiO3 system. From the Rietveld refinement of the Sm-doped PbTiO3 x-ray diffraction data, structural models were obtained and analyzed by periodic ab initio quantum mechanical calculations using the CRYSTAL 98 package within the framework of density functional theory at the B3LYP level. This program can yield important information regarding the structural and electronic properties of crystalline and disordered structures. The experimental and theoretical results indicate the presence of the localized states in the band gap, due to the symmetry break, which is responsible for visible photoluminescence at room temperature in the disordered structure. (c) 2006 American Institute of Physics.

Formation of oxysulfide LnO(2)S(2) and oxysulfate LnO(2)SO(4) phases in the thermal decomposition process of lanthanide sulfonates (Ln = La, Sm)

This study investigates two lanthanide compounds (La(3+) and Sm(3+)) obtained in water/ethyl alcohol solutions employing the anionic surfactant diphenyl-4-amine sulfonate (DAS) as ligand. Both sulfonates were characterized through IR, TG/DTG (O(2) and N(2)). The thermal treatment of both compounds at 1273 K under air leaves residues containing variable percentages of lanthanide oxysulfide/oxysulfate phases shown by synchrotron high-resolution XRD pattern including the Rietveld analysis. The phase distributions found in the residues evidence the differences in the relative stability of the precursors.

Structural and magnetic properties of SmCo5/Co exchange coupled nanocomposite thin films

We investigated the structural and magnetic properties of SmCo5/Co exchange coupled nanocomposite thin films grown by magnetron sputtering from Sm and Co multitargets successively. The growth of the films was carried out at elevated substrate temperature followed by in situ annealing. On Si (100) substrate, X-ray diffraction confirms the formation of textured (110) SmCo5 hard phase, whereas on MgO (110) substrate, the diffraction pattern shows the epitaxial growth of SmCo5 phase with crystalline orientation along 100] direction. Secondary Ion Mass Spectroscopy reveals the structural transformation from multilayered (Sm/Co) to SmCo5/Co nano-composite films due to high reactivity of Sm at elevated temperature. Transmission electron microscopy indicates the existence of nanocrystalline phase of SmCo5 along with unreacted Co. Observed single phase behavior in magnetic hysteresis measurements indicates well exchange coupling between the soft and the hard phases in these nano-composite films. For samples with samarium layer thickness, t(sm)=3.2 nm and cobalt layer thickness, t(Co)= 11.4 nm, the values of (BH)(max) were obtained as 20.1 MGOe and 12.38 MGOe with H-c value similar to 3.0 kOe grown on MgO and Si substrates, respectively.

稀土三硼酸盐光学性质研究

Ca_4RO(BO_3)_3(R:稀土元素)是近年来发现的一类新型非线性光学材料。实验表明这类化合物也是某些稀土离子良好的发光基质材料。本文主要研究了以下内容；1以PbO, PbF_2及B_2O_3作为助熔剂，以Gd_2O_3, CaCO_3, H_3BO_3按化学计量比配料，用熔盐法生长出了GdCOB小单晶。所生长的单晶中有条纹，包裹，气泡，位错等缺陷。为了防止这些缺陷的产生，应有精密的控温系统，高纯度的原料，同时生长速率不能过快。2 固相反应合成了Ca_4GdO(BO_3)_3: Eu~(3+),Sm~(3+)多晶粉末，对它的激发光谱和荧光光谱进行了测试。结果表明，Ca_4GdO(BO_3)_3是Eu~(3+) 611nm发射的良好基质；Gd~(3+)离子通过Gd~(3+)-Gd~(3+)能量传递，对Eu~(3+)离子的发光有敏化作用，而Sm~(3+)离子由于自猝灭而使Eu~(3+)离子发光减弱。3 固相反应合成了M_4LnO(BO_3)_3: Dy~(3+)(M=Ca, Sr, Ba;Ln=La, Gd, Y, Yb, Lu)多晶粉末。测试了Dy~(3+)的激发光谱和荧光光谱。发现Dy~(3+)的黄／蓝比随着Ca~(2+)→Sr~(2+)→Ba~(2+)而减小，同时，随着La~(3+)→Gd~(3+)→Yb~(3+)→Lu~(3+), Dy~(3+)离子的~4F_(9/2)→~6H_(13/2)跃迁产生的黄光发射强度依次增大，波长也向长波方向移动。4 固相反应合成了Ca_4YO(BO_3)_3:Tb~(3+), Ce~(3+)多晶粉末，该体系是Tb~(3+)离子绿光发射的良好基质。同时，Ce~(3+)离子没有发光现象，且存在Tb~(3+)→Ce~(3+)的能量传递，从而使Tb~(3+)离子的发光减弱，这在一般的体系中是比较少见的。

稀土配合物光致发光和电致发光性能的研究

有机电致发光器件(organic light-emitting diodes, OLEDs)由于具有全色、低压直流驱动、视角广、高效率和易于制备大屏幕等优点，在平板显示领域具有广阔的应用前景，已引起世界范围内科技界和企业界的广泛重视。稀土配合物作为发光及载流子传输层材料，具有窄带发射和发射波长分布范围广的特点，有利于实现高的色纯度。然而，有机电致发光的机理还未完全弄清楚，稀土配合物电致发光器件距离实际应用还比较远，需要进一步进行研究。本论文研究了Tb~(3+)、Eu~(3+), Sm~(3+)配合物的光致发光和电致发光性质，制备了绿色、红色和橙色电致发光器件，并对稀土配合物的电致发光机理进行了探讨。对于试配合物，以acac为第一配体，研究了第二配体AAP和bath对配合物和器件发光性能的影响并对器件的优化进行了讨论；以Tb(acac)_3bath为发光中心，发现电致发光中~5D_4→~7F_5跃迁相对~5D_4→~7F_5跃迁的增强现象；以Tfacac为第一配体，首次讨论了F取代H对于配体的三重态能级的降低和对配合物以及电致发光器件发光强度的增强作用，对于提高稀土配合物电致发光的性能提供了参考依据。对于铺配合物，以Tfacac为第一配体，以phen和bipy为第二配体，制备了红色电致发光器件并进一步验证了F取代H对于配体的三重态能级的降低作用；以HTH为第一配体，国际上首次报道了室温下Eu~(3+)离子的~5D_1→~7F_J的跃迁，并且其强度依赖于驱动电压的强度，光致发光和电致发光的不同表明二者的发光机理有所不同，并对铺配合物电致发光机理进行了讨论；以HTH为第一配体，国际上首次报道了衫配合物的电致发光现象，并且最大得到了21 cd/m~2的发光强度；为了改善稀土β-二酮配合物光稳定性和热稳定性差的缺点，引入了稀土芳香梭酸配合物，并对配体进行了引入长链的化学修饰，提高了配合物在一般有机溶剂中的溶解度，用旋涂法制备的器件的最大发光亮度达到了174 cd/m~2.

ZnO基稀磁半导体的制备与性质研究

本论文利用溶胶一凝胶法和水热法制备了不同离子（Eu~3＋，Sm~3＋，Mn~2＋，Fe~3＋，Co~2＋，Ni~2＋）作为磁性杂质的ZnO基稀磁半导体，并系统地研究了材料的薄膜、粉末和纳米结构的结晶特性、结构形态和光、电、磁性质。溶胶一凝胶法制备的薄膜的晶体为c轴取向生长的六方纤维锌矿结构。薄膜的取向生长受烧结气氛、烧结温度和掺杂离子浓度的影响，其中烧结气氛是影响薄膜取向生长的最直接、最显著因素。随着烧结气氛中氧含量的减小，薄膜的沿c轴生长的趋势加强。此外，烧结温度的提高也增强薄膜沿c轴生长的趋势，但掺杂离子浓度的增加却抑制薄膜的c轴取向生长特性。通过薄膜表面形态的研究发现，在空气中烧结的薄膜由立方晶粒构成，而在真空中烧结的样品则由不规则的片状晶粒组成。组成薄膜的多晶颗粒粒径小于10Onm，15层薄膜的膜厚为357-366nm。掺杂离子在薄膜中均匀分布，成膜过程不改变掺杂离子（Eu3+，Sm3＋，Mn2+，Fe3＋，Co2＋，Ni2＋）和基质离子（Zn2+和O2-）的价态。 不同Eu3+掺杂浓度的ZnO薄膜样品的吸收光谱的吸收边出现在363nm和368nm之间，对应半导体材料的禁带宽度Eg=3.42～3.40ev。由于Eu3＋改变了薄膜的表面性质，Zn1-xEux（0.005≤x≤0.15）薄膜在可见光区出现了一系列干涉带。Zn1-xTMxO薄膜的吸收光谱的吸收边位置出现在356nm-369nm，对应半导体的禁带宽度为3.34-3.46eV，在可见光区发现了Co2＋的电子的d-d跃迁引起的吸收带。随着掺杂浓度的增加，薄膜的透光率逐渐减小。Zn1-xCoxO薄膜在近紫外与可见光区的透光率都在60％以上，Zn1-xEuxO薄膜的透光率则高达90％。在Zn1-xEuxO薄膜的激发发射光谱中，以613nm作为监控波长，激发光谱除了检测到Eu3＋的7F→5D能级的吸收跃迁外，还检测到最大值位于378nm附近的ZnO的吸收带。以394nm为激发波长，发射光谱检测到Eu3+的5D0→7FJ（J＝1，2，3，4）跃迁。以zno的带隙能量378nm作为激发波长进行激发，检测到Eu3+的5D0→7F2跃迁，说明基质zno和E矿十之间存在能量交换。薄膜磁性测试在4-400K温度范围内进行，发现在此温度范围内Zn0.9Eu0.1O薄膜表现居里一外斯顺磁性；在低温区，存在磁性增强现象。zno．gCoo．IO薄膜在23oK以下表现为铁磁性，200K的M-H曲线显示薄膜的剩磁（Br）约为0．21em侧g，矫顽力（Hc）约为327Oe。但Zn0.9Mn0.1O，Zn0.9Ni0.1O，Zn0.9Co0.1O薄膜的磁性测试则显示在80K以上三种薄膜均表现为顺磁性。Zn0.9Eu0.1O薄膜的电阻呈现典型的半导体性质，在ZT的磁场下，薄膜在110K获得最大14.53％的磁阻率。Zn1-xTMxO薄膜的电阻也表现典型的半导体特性，实验研究了薄膜在不同掺杂离子浓度、外加磁场以及温度条件下的磁阻性质。粉末样品中磁性离子的掺杂浓度均小于薄膜样品。Co，Fe，Ni，Mn掺杂的Zn1-xTMxO粉末在80以上均为顺磁性。在Co2＋掺杂的粉末样品中没有发现类似于薄膜样品的铁磁性，说明DMS的磁性与制备条件关系密切。实验证明了利用sol-gel方法，Zno：TM稀磁半导体能够有效地组装在MCM-41和AAO的孔道内。ZnO:TM材料组装进在MCM-41孔道后，不改变孔道的六方结构但使孔径变小。随着组装次数的增加，MCM-41的孔径和孔容累进减小。组装在AAo模板孔道内的材料呈单分散纳米颗粒状态，颗粒粒径小于loonm。组装材料的磁性测试显示：组装在MCM-41内的Zn0.9Co0.1O材料在80K-30OK呈现超顺磁性。而Mn，Fe，Ni掺杂的Zno在此温度范围内表现顺磁性。组装在AAO内的ZnO:TM(TM=Mn，Fe，Co，Ni）材料在SOK-30OK温度范围内都呈现顺磁性。在水热法合成ZnO:A（A＝Bu，Sm，co）纳米粒子的过程中，发现反应温度、压力、时间和溶液浓度等因素只影响Znl．xCoxO纳米粒子的的产量，而溶液的酸度却影响产物的形貌。控制溶液的酸度，可以控制产物的形貌从粒状向棒状转变。当溶液的PH＝5时，在甲醇：水体系中可以水热合成规则的棒状ZnO：RE（RE=Eu，Sm）纳米晶。所得到的Zn0.98Co0.02O纳米晶在80K呈超顺磁行为，而ZnO：RE（RE＝Eu，Sm）纳米晶在80K则表现较弱的顺磁性。 实验通过控制水热条件，制备了一种新型结构的柠檬酸锌晶体。由于利用了水热反应的非平衡合成条件，所得到的晶体的层状结构不同于目前已知的所有柠檬酸配合物的离散型分子结构。单晶衍射结果表明：化合物是一个由八面体和一个非对称单元交替相连构成的二维层状结构。

钐、钒、钛复合氧化物制备、结构、电学、光学性质研究

本论文研究了 SmVO_3、SmVO_4、Sm_2TiO_5、Sm_2Ti_2O_7、Sm_3Ti_2O_7复合氧化物的制备、结构、电学性质和光学性质。其中Sm_3Ti_2O_7是一种新型的，含有低价钐的复合氧化物。White等人曾试图利用金属钛还原Sm~(3+)为Sm~(2+)，制备含有低价钐的钛的复合氧化物，但他们没有成功。我们考虑到钐的还原性比钛强，利用金属钐还原Ti~(4+)为Ti~(3+)，制得了Sm_3Ti_2O_7。其反应式为：Sm_2O_3 + Sm + 2TiO_2 → Sm_3Ti_2O_7 (1) 利用X-ray衍射结构分析确定了它的结构为单斜晶系。其晶胞常数为a_0＝3.968A，b_0＝3.907A，c_0＝20.456A，β_0＝89.20。从反应式（1）可以看出，钐可以还原四价钛，又可还原三价钐，都能得到Sm_3Ti_2O_7复合氧化物。但钐和钛的价态不同，前者为Sm~（2+）Sm_2~（3+）Ti_2~（3+）O_7，后者为Sm_3~（2+）Ti_2~（4+）O_7。在结构上Sm_3Ti_2O_7与Eu_3~（2+）Ti_2~（4+）O_7不同，电学性质上，四价钛的复合氧化物有很高的电阻率，而三价钛的复合氧化物有较小电阻率的事实，及从光学性质测量存在Ti~(3+)的吸收，说明Sm_3Ti_2O_7是含有低价钐、钛的复合氧化物，其化学式为Sm~（2+）Sm_2~（3+）Ti_2~（3+）O_7。为了研究Sm-V-O、Sm-Ti-O复合物的输运性质，我们测量了它们的电阻率、禁带宽度、温差电动势率及从电阻对温度的依赖关系求出了它们的导电激活能。其中部分的实验结果在文献上未有报导。从实验结果来看，含有低价钒或钛的复合氧化物都有较小的电阻率，其值低于10~2Ω·cm，导电激活能在0.3ev以下；稳定价态的钡或钛复合氧化物有较大的电阻率，其值高于10~6 Ω·cm，导电激活能为2－2.5ev，禁带宽度在3.8ev附近。导电类型的测量表明它们都是p型半异体。对于Sm-V-O、Sm-Ti-O复合物的输运性质的研究，文献上仅仅对简单的钙钛矿结构的复合氧化物做了讨论，而对其它结构的复合氧化物则报导很少。因此我们从过渡元素的价态及配位体的结构、稀土钐的间接影响出发，并结合光学性质讨论了钐、钒、钛复合氧化物的输运过程。我们测量了SmVO_3、Sm_3Ti_2o_7薄膜的吸收光谱和SmVO_4、Sm_2TiO_5、Sm_2Ti_2O_7的粉末反射光谱。为了解释Sm_2TiO_5、Sm_2Ti_2O_7的反射光谱性质，利用EHMO方法，计算了TiO_5~(-6)、TiO_6~(-8)的分子轨道的能量。实验结果与计算值符合较好。

稀土元素的时间分辨光谱法研究

稀土离子的敏化发光早在1942年就被Weissiman发现了，后来，人们对这一现象作了大量的研究工作，并且，开始用于稀土离子的测试。高灵敏度和好的选择性一直是分析工作者追求的真正目的。为此，很长时间以来，人们从化学体系上入手，不断地在配体种类；配体条件；溶剂作用；第二配体影响；胶束；表面活性剂等方面入手，来寻找可获得高的灵敏度和好的选择性的测试体系，并取得了一定的成绩，但还远远满足不了分析工作者的要求。近年来，随着仪器设备的不断改进，人们想到，能否通过新的仪器的出现来改善分析测试的灵敏度和选择性。时间分辨光谱法就是在这种条件下产生的，并且，初步的实验就得到了令人十分满意的结果。时间分辨光谱法顾名思义是以时间做为分辨量的一种方法，是一种多维萤光技术，它采用脉冲激光做为光源和门控检测系统相结合，因此，不但获得了高子常规法的灵敏度，而且还解决了光谱峰有干扰的发光组分的测定，提高了选择性。为了有效地应用时间分辨光谱法即获得更高的灵敏度和更好的选择性，时间分辨光支要求：①待测定的物质必须有较强的发光，这是提高灵敏度的前提：②待测定的物质的寿命必须合适（如测单组分时是通过延迟消除噪声，则被测组分的寿命至少要比噪音信号长；若是二组分的分辨光谱法测定，就要求二组分间寿命差要尽可能大），这样才可能效分辨；③适合彼此间有光谱干扰的多组分中单一组分的测定，这是时间分辨光谱法优于常远见二维光法的最为突出的一点。Eu-TTA_3和SmTTA_3是较合适时间分辨测定体系。Eu_TTA_3和S_m-TTA_3 二元络合物不但有较强的萤光，而且寿命差较大，EuTTA_39寿命400微秒）。SmTTA_3（寿命21微秒），并且Eu和Sm间有光谱干扰，因此在混合体系下，时间分辨光谱法测定Eu和Sm才充分显示了伏越性。为此，为了研究稀土元素的时间分辨光谱测定，本论文分三部分完成。第一部分：几种稀土离子萤光络合物体系的选择通过对Eu~(3+)、Tb~(3+)、Dy~(3+)络合体系最强发光的条件实验，期望找到一系列既有较强的发光，元素间又存在着光谱干扰。而常规法又难以测试的络合物体系。为此，在现有条件下，做了TTA、DBM、Phen、AAE、Sal五种配体Eu~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)、Py~(3+)四种稀土离子所有可能的络合物组成的发光条件试验，主要为配体浓度和PH值的影响。确定了不同络合物的最佳组成条件。并且考虑到苯的毒性和萃取的繁琐性。选用乙醇做为溶剂。最后得到TTA、DBM是Eu、Sm较好的络合剂，而且它们与Phen的三元络合物也具有强的发光。Sml:是Tb和Dy的较好络合剂，并且它们与Phen形成三元络合物也具有较强的萤光，AAE、Phen是选择性最差的络合剂，它们与Tb、Eu、Sm、Dy都能形成有一定发光强度的络合剂Eu和Sm以及Tb和Dy之间是无论配体息样变化都有光谱干扰的两对元素。第二部分；发光络合物的萤光寿命的测试：除了要求从化学体系入手，得到具有较强的发光络合物之外，时间分辨光谱法还要求；待分辩的物质间有较大的寿命差异。寿命τ是进行时间分辨光谱法的理论基础。为此，在本室和11室自己安装的仪器上做了已讨论的最佳条件下合成的络合物萤光寿命的测试，并给出了许多络合物的寿命数据。同时还讨论了配体种类，稀土离子浓度，对寿命大小的影响，得出不同的稀土离子络合物寿命差异很大，即使是相同的稀土离子，配体不同，寿命也是不同的，一般而言，Eu,Tb寿命较长，达几百微秒，Dy、Sm寿命较短，一般仅为几微秒或几十微秒，并总有寿命Tb > Eu > Sm > Dy。为了讨论稀土离子浓度对寿命的影响。选Eu. Sm-TTA和Tb. Dy-Sal-乙醇溶液为例，进行了浓度影响实验，得到浓度粹灭的同时，不仅萤光强度减弱，而且寿命缩短，最后总结出: Eu. Sm-TTA(Phen)二元（或三元）络合物和Tb. Dy-Sal(Phen)二元（或三元）络合物彼此间寿命差最大。第三部分：时间分辨光谱法研究在前二部分准备工作完成后，基本上就确定了可供时间分辩的最佳体系，即Eu. Sm-TTA二元络合物（或它与Phen形成的三元络合物）和Tb、Dy-Sal二元络合物（或与Phen形成的三元络合物）－乙醇体系。关于Eu.Sm-TTA体系的时间分辨光谱法测定，已有过研究并得到了十分满意的结果，因此，本论文选不曾有过报导的Tb、Dy-Sal 乙醇体系为时间分辨光谱法研究的对象。首先在本室和11室自建的时间分辨光谱仪上进行了仪器测量参数的选择，然后，对Tb、Dy-sal的时间分辨光谱法给以原理性的讨论，得到在延迟大于30微秒后，可消除Dy对Tb测定的干扰的结果，之后，又作了当延迟大于100微秒的条件下的时间分辩光谱法在Dy存在下测定Rb[Sal]_3的检测限的探索，并与MPF－4型萤光分光光度计的测试结果做了比较，得到了可高于常规法三个数量级的灵敏度的初步结果。本论文建立了寿命测量和激光时间分辨的实验装置，并且完成了原理性实验，在选择体系测定寿命和利用时间分辨排除稀土离子干扰方面得到了较好的初步结果，积累了大量数据完成了本论文目的要求。

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。