[硕士论文] 基质对sp能级和电荷迁移带影响的研究 [复制链接]

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硕士论文-基质对sp能级和电荷迁移带影响的研究，共100页，51802字

摘 要

本论文系统地研究了ns2型离子的A、B、C和D带及Zr4+离子的电荷迁移带受基质影

响问题。使用复杂晶体化学键介电理论，首次建立了上述能级跃迁位置同晶体环境间的

22个定量关系，为相关能级的光谱指认和能级预测提供了有效的模型。本课题的工作有

助于人们从化学键的角度认识能级受基质的影响, 对于开发与设计含ns2型离子和Zr4+离

子新型发光材料具有重要的理论指导意义和实际应用价值。主要创新内容和结果如下：

（1）定量地研究了不同基质中Pb2+离子的sp组态能级（A、B和C带）能量和电荷迁

移带（D带）同基质的关系。发现在不同的基质中，A、B和C带能量同环境因子呈线性

关系，而对于电荷迁移带，与he呈一级指数关系，得到了相关的定量计算公式。利用模

型预测了LiCaAlF6b2+的B和C带位置；明确了BaY2F8中Pb2+激发光谱来自两个不同的阳

离子格位；证实了KMgF3b2+中187 nm的吸收带来自K+格位，而不是Mg2+格位；对于复

杂氧化物体系如：SrGa2O4b2+、CaAl2B2O7b2+和SrAl2B2O7b2+，模型的预测结果同

实验数据也非常吻合；同时指出了Pb2+在SrGa2O4基质中激发谱两个 A带的来源；对

BaY2F8:Pb2+和LiBaF3:Pb2+的B和C带位置进行了讨论和重新指认。

（2）系统地研究了Tl0(1)、Tl+、(Tl+)2和Tl2+中心的能级跃迁与基质的关系。研究结

果表明：Tl+和(Tl+)2中心的s→p跃迁能与he呈线性关系；Tl+中心的电荷迁移跃迁能、Tl0(1)

中心的φ→ψ和φ→χ跃迁能及Tl2+中心的2S1/2→2P1/2 和2S1/2→2P3/2跃迁能与he呈一级指数

关系。对于不同的Tl中心，模型的计算结果均同实验数据十分吻合。得到的模型不仅可

以作为能级位置的预测工具，用于指认和重新指认谱图数据，而且更重要的是可以用于

探测复杂基质中Tl+的格位选择。根据计算结果，我们指认和重新指认了Tl+在KCl、RbCl、

RbI、CsCl、CsBr、CsI和KMgF3基质中的吸收谱带。另外计算了复杂晶体KH2PO4、

RbH2PO4、Gd(BO2)3、La(BO2)3和K2YF5的环境因子he，预测了Tl+在上述基质中的sp组态

能级（A、B和C带）和电荷迁移带（D带）的位置，预测结果同实验观察到的谱图数据

非常符合。证实了Tl+在K2YF5基质中位于211 nm的吸收带来自K(1)格位。

（3）分别从晶体本身的能级间隙和中心离子所处的晶格环境两个不同角度，对

O2––Zr4+的电荷迁移能同基质的关系进行了系统地研究。研究结果表明：Zr4+的电荷迁移

能ECT同晶体平均能隙Eg呈线性关系，ECT同晶格的环境因子he呈一级指数关系。两种模

型的计算结果都同实验数据非常吻合。预测了Zr4+在CaZrSi2O7和PbWO4基质中的电荷迁

移带位置。证实了La2Zr2O7基质中Zr4+的电荷迁移带位于177 nm，而不是190 nm。

关键词： ns2-型离子；sp组态能级；电荷迁移跃迁；基质；VUV发光材料

目 录

中文摘要.... I

英文摘要. III

第一章 文献综述与课题设计.... 1

1.1 背景知识介绍 .... 1

1.1.1 发光材料的组成 ... 1

1.1.2 发光材料的分类 ... 2

1.2 真空紫外发光材料研究进展  3

1.3 真空紫外光谱研究进展 ... 5

1.3.1 稀土离子的 4fn-15d 组态能级研究进展 .. 5

1.3.2 ns2 型离子的 sp 组态能级研究进展 ... 7

1.3.3 电荷迁移带研究进展  8

1.4 课题设计.. 9

1.4.1 课题的目的和意义 .... 9

1.4.2 研究内容与方法 . 10

第二章 复杂晶体的化学键介电理论 11

2.1 引言... 11

2.2 复杂晶体化学键介电理论 .. 11

2.2.1 键子式 .. 12

2.2.2 有效价电子电荷 . 12

2.2.3 离子的极化率  16

2.3 电子云扩大效应和环境因子 ... 18

第三章 二价铅离子 A、B、C 和 D 带能级同基质的关系 21

3.1 引言... 21

3.2 Pb2+ sp 能级同氟化物基质的关系  21

3.2.1 化学键参数和环境因子计算 . 21

3.2.2 结果与讨论 .... 23

3.2.3 模型的应用 .... 25

3.3 Pb2+ sp 能级和 CTB 同碱卤基质的关系. 28

3.3.1 化学键参数和环境因子计算 . 28

3.3.2 结果与讨论 .... 29

3.3.3 预测、指认和重新指认 A、B、C 和 D 带的位置 . 32

3.4 Pb2+ A 带能级同基质的关系 .... 33

3.4.1 化学键参数和环境因子计算 . 33

3.4.2 结果与讨论 .... 35

3.4.3 模型的应用 .... 37

第四章 不同形态铊中心的能级同基质的关系.... 40

4.1 引言... 40

4.2 Tl0(1)中心 .... 40

4.2.1 Tl0(1)中心简介 .... 40

4.2.2 Tl0(1)中心能级同基质的关系. 41

4.3 Tl+中心.... 42

4.3.1 化学键参数和环境因子计算 . 42

4.3.2 Tl+中心能级同基质的关系  43

4.4 (Tl+)2 中心 .... 46

4.4.1 (Tl+)2 中心简介 .... 46

4.4.2 (Tl+)2 中心能级同基质的关系  47

4.5 Tl2+中心能级同基质的关系. 48

4.6 模型的应用 . 50

4.6.1 指认和重新指认谱带的位置 . 50

4.6.2 预测复杂基质中 Tl+的吸收带位置和明确格位选择 ... 53

第五章 Zr4+的电荷迁移带同基质的关系... 56

5.1 引言... 56

5.2 环境因子和平均能隙的计算 .... 56

5.3 Zr4+的电荷迁移能同基质平均能隙的关系 . 60

5.4 Zr4+的电荷迁移能同基质环境因子的关系 . 61

5.5 模型的应用 . 63

结论 65

参考文献. 68

硕士期间发表论文 84

致谢 85

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