固体材料中类溶剂化动力学过程：Eu3+离子掺杂纳米微晶光谱特性的研究-光学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 2015 年 05 月 21 日 非公开学位论文标注说明 (本页表中填写内容须打印) 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 □限制(≤2 年) □秘密(≤10 年) □机密(≤20 年) 必威体育官网网址期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 南开大学学位评定委员会办公室盖章(有效) 注：限制★2 年(可少于 2 年);秘密★10 年(可少于 10 年);机密★20 年(可少于 20 年) 摘要 摘要 摘要 光学特性是稀土离子的主要特性，在晶体中稀土离子的光谱主要来自 4fN 组 态电子的跃迁。4fN 组态的电子一方面受 4fN-15d 组态电子的屏蔽，另一方面在晶 体中又强烈地受晶体场环境的影响。正因为如此，稀土离子展现出有趣的光谱 特性，尤其是 Stark 劈裂和红移。本文首次建立了固体材料中类溶剂化动力学模 型来研究晶格场如何调制光谱特性。利用 Eu3+离子作为荧光探针，采用―热诱导 -腐蚀‖法制备了 Eu3+掺 β-PbF2 和 BaF2 的纳米微晶。通过光谱研究、结构分析、 电荷密度分布模拟证明了类溶剂化模型的合理性。 在类溶剂化动力学模型中，晶格场被认为是一种静电场而促使稀土离子的 电荷密度重新分布。通过光激发，中心离子的电偶极矩扩大导致整体系统的静 电场不平衡。中心离子的电荷密度重新分布来调整晶格场平衡。调整过程中， 电子云畸变导致能级劈裂和漂移。静电场的方向和大小分别决定了电子云畸变 的形状和电子云大小，进一步决定了光谱的 Stark 劈裂和峰位偏移。特别指出的 是，β-PbF2:Eu3+和 BaF2:Eu3+的电荷密度分布模拟图表明电子云畸变只发生在 Eu3+上而不是周围配位离子上。这就证明类溶剂化动力学也是依靠中心离子的电 子云密度分布来完成的。 基于点电荷静电场模型，计算出了晶格场的方向和强度。相同的晶格场方 向导致电子云畸变形状相同，所以引起了相同 Stark 劈裂数目。较强的静电场导 致电子云分布范围较大，导致发射光谱红移。类溶剂化动力学模型考虑了电荷 密度分布的中间媒介作用，即可以通过施加外加电场或调整基质结构来调整电 荷密度分布，进而调制光谱特性。类溶剂化动力学模型解释了晶格场如何来影 响光谱特性，并拓宽了稀土离子的应用范围。 关键词：类溶剂化动力学模型；电荷密度分布；晶格场；Stark 劈裂；红移 I Abst Abstract Abstract The optical properties are the mainly properties of rare-earth (RE) ions and in crystal the spectra come from 4fN configuration. On one hand, it is shielded by the 4fN-15d configuration, on the other hand, it strongly depends on the crystalline field, for which RE3+ ions exhibits the intriguing spectral properties, especially the Stark splits and emission shift. In this paper, a solvation-like dynamics model in the solid state was constructed for the first time to investigate the physical mechanism on how the spectral properties are modulated by crystalline field. By using Eu3+ as a fluorescence probe, the Eu3+ doped β-PbF2 and BaF2 nanoparticles are prepared by thermal induction and corrosion trea