臺灣博碩士論文加值系統

本研究是利用固態反應法製備YVO4作為螢光粉主體材料，並以添加不同濃度之三價稀土金屬元素Pr3+離子作為發光中心，利用X光粉末繞射(XRD)、掃描式電子顯微鏡(SEM)、紫外可見光全反射光譜與光激發光光譜儀進行其結構與發光特性鑑定。探討YVO4主體材料的煆燒溫度、摻雜濃度、及電荷補償後對主體晶格和螢光性質的影響。
於YVO4:Pr3+之螢光粉系列，由XRD結果顯示，在煆燒溫度1100℃持溫8小時的條件下，可得到斜方晶系YVO4之結晶結構，而其粉體表面形態並不會因Pr3+離子摻雜濃度的多寡而有所影響。激發光譜顯示YVO4: Pr3+螢光粉體於250~350 nm 間出現寬廣的激發帶是由於Pr3+-O2-間電荷轉移躍遷所造成，而於450~500 nm 區間的激發峰是來自於Pr3+離子4f內層軌域的電子躍遷；在324 nm 的激發下，其放射光譜由Pr3+離子的3P0→3H4,3H5,3H6和1D2→3H4電子躍遷所構成，分佈於460-490 nm、560-580 nm、590-620 nm範圍中； Pr3+離子添加濃度增加到0.3 mol%時，可得最佳的發光強度，臨界距離(Rc)為18.51Å，CIE色度座標為(X=0.272, y=0.188)。

In this study, YVO4 was selected as the host material and doped with different concentrations of Pr3+ ions which were synthesized using solid-state reaction method. The structure, micrographics and photoluminescence properties of the synthesized phosphors were investigated by powder X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and fluorescence spectrophotometer, respectively.
The XRD results showed that the crystal structure of YVO4:Pr3+ phosphors calcined 1100℃for 8 hr can be attributed to the Orthorhombic structure for YVO4. The SEM images show the particles are irregular, but more uniform distribution for Pr3+ ion concentration is 0.3 mol%. The excitation spectra of YVO4:Pr3+ shows a broad excitation band in the wavelength range of 250-350 nm resulting from the charge transfer transition of Pr3+-O2-. In the wavelength region of 450-500 nm, originates from the f-f transition of 3H4-3P2 within Pr3+ 4f electron configuration. The emission spectra for YVO4:Pr3+ phosphor show that there are the 3P0→3H4, 3H5, 3H6 and 1D2→3H4 transition of Pr3+ ion under an excitation wavelength of 458 nm. The maximum emission intensity is obtained for YVO4 doped with 0.3 mol% Pr3+ ions with a CIE chromaticity coordinates of (x=0.272, y=0.188) and Rc=18.51Å.

摘要.............................................................................................................i
Abstract………………………………………………………………….iii
誌謝……………………………………………………………………...iv
目錄………………………………………………………………………v
表目錄…………………………………………………………………..ix
圖目錄………………………………………………………………….x
第一章 緒論................................................................................................1
1-1 前言..............................................................................................1
1-2 研究動機與目的..........................................................................2
第二章 理論基礎與文獻回顧....................................................................5
2-1 螢光粉的發展..............................................................................5
2-2 螢光材料的來源與取得..............................................................7
2-3 螢光粉的製程 ............................................................................8
2-4 螢光材料……...............................................................………...8
2-5 螢光材料的分類與應用..............................................................9
2-5-1依材料物性分類.................................................…………9
2-5-2依激發源種類及其應用...................................................11
2-6固態材料中的發光. ...................................................................12
2-6-1本質型發光（Intrinsic Luminescence）..............................13
2-6-2外質型發光（Extrinsic Luminescence）.............................13
2-6-2-1侷限型（Localized Type）發光材料………………13
2-6-2-2非侷限型（Unlocalized Type）發光材料………….14
2-7發光原理.....................................................................................15
2-7-1 史托克位移（Stokes Shift）……………………………..16
2-7-2 能量轉移（Energy Transfer）……………………………18
2-7-3 螢光（Fluorescence）與磷光（Phosphorescence）……….18
2-8螢光體的設計..............................................…………………...19
2-8-1 主體晶格的選擇………………………………………..19
2-8-2 活化劑的選擇…………………………………………..20
2-8-3 抑制劑的避免…………………………………………..20
2-9 影響發光行為與效率的因素…………………………………21
2-9-1 主體晶格（Host）………………………………………21
2-9-2 濃度淬滅效應（Concentration Quenching Effect）……21
2-9-3 熱消淬效應（Thermal Quenching）……………………22
2-9-4 毒劑效應（Poisoning）………………………….………22
2-10 稀土離子發光特性…………………………………………..22
2-11 YVO4晶格結構……………………………………………….23
第三章 實驗方法與步驟.........................................…………………….39
3-1 實驗概述.........................................…………………………...39
3-2 實驗流程.........................................…………………………...39
3-3 化學藥品.........................................…………………...………39
3-4 成份與結構分析.........................................…………………...39
3-4-1 X光繞射分析(X-ray Diffraction Analysis, XRD) ..........39
3-4-2 掃瞄式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)分析……………………………………………........................40
3-5螢光粉體之光學性質測定.........................................…………40
3-5-1螢光光譜儀(Photoluminescence，PL)特性量測..............40
3-5-2化學分析電子能譜儀(electron spectroscope for chemical analysis, ESCA) ........................................................................40
3-5-3吸收光譜（Absorption Spectrometer）..............................41
3-5-4色度座標分析（CIE chromaticity coordinate）………….41
第四章 結果與討論……………………………………………………..43
4-1以固態反應法合成主體材料YVO4…………………………...43
4-1-1 YVO4主體材料之XRD分析…………………….……43
4-1-2 YVO4主體材料之SEM表面型態分析………………..43
4-1-3 YVO4螢光粉螢光粉之光致發光特性…………………43
4-1-3-1 激發光譜…………………………………………43
4-1-3-2 放射光譜…………………………………………44
4-1-4 色度座標…………………………………………….....44
4-1-5 結論…………………………………………………….44
4-2以固態反應法合成YVO4：Pr3+螢光粉………………………...51
4-2-1 YVO4：Pr3+螢光粉之XRD分析………………………..51
4-2-2 YVO4：Pr3+螢光粉之SEM分析………………………...51
4-2-3 YVO4：Pr3+螢光粉之吸收光譜…………………………52
4-2-4 YVO4：Pr3+螢光粉之光致發光特性……………………52
4-2-4-1 激發光譜(Excitation Spectrum)………..…….….52
4-2-4-2 放射光譜(Emission Spectrum)………..……..…..53
4-2-4-3 Pr3+摻雜濃度對發光強度的影響………………..53
4-2-5色度座標………………………………………………..55
4-2-7 結論……………………………………………...……..55
第五章 總結論………………………………………………...………...65
參考文獻………………………………………………………………..66
Extended Abstract……………………………………………………….70
簡歷(cv)…………………………………………………………………73

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