鋁酸鹽基質(zhì)發(fā)光材料的制備新工藝及鐵雜質(zhì)猝滅研究.pdf

1、以SrAl2O4：Eu2+，Dy3+為代表的鋁酸鹽長(zhǎng)余輝材料，激發(fā)光譜范圍廣，發(fā)射光譜在可見(jiàn)光區(qū)，發(fā)光亮度高，余輝時(shí)間長(zhǎng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，無(wú)毒無(wú)放射性，是一種環(huán)境友好材料。因此在安全應(yīng)急、交通運(yùn)輸、建筑裝潢、儀器儀表、電力、礦山、服裝和工藝品等諸多領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。目前，研究制備新工藝提高發(fā)光粉的發(fā)光強(qiáng)度和余輝性能，完善長(zhǎng)余輝發(fā)光機(jī)理，增加發(fā)光顏色品種以擴(kuò)大發(fā)光材料應(yīng)用范圍是這一領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本論文對(duì)超細(xì)高亮度發(fā)光粉制備、鐵雜質(zhì)

2、的猝滅效應(yīng)、納米氧化銪的制備及在長(zhǎng)余輝材料中的應(yīng)用、鋁酸鋰紅色熒光粉的制備等多個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本課題研究的結(jié)果對(duì)于粉體制備工藝的改進(jìn)與創(chuàng)新、制備成本的降低、產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)以及材料發(fā)光性能的改善等具有十分重要的意義。 1.本文采用以聚環(huán)氧乙烷為模板的水熱合成方法制備了無(wú)需研磨的高亮度SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長(zhǎng)余輝發(fā)光粉。借助于TG-DTG、XRD、TEM、SEM和熒光分光光度計(jì)等表征手段，對(duì)產(chǎn)物的形成過(guò)程、結(jié)構(gòu)、形貌

3、以及光譜性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，模板水熱法能夠制備尺寸均勻的介孔前驅(qū)物，有利于燒結(jié)反應(yīng)充分進(jìn)行，有利于降低燒結(jié)溫度，得到的發(fā)光粉顆粒在幾個(gè)微米左右，余輝起始發(fā)光強(qiáng)度高。模板水熱法制備的發(fā)光粉樣品Eu2+的臨界猝滅濃度大約在10％左右，這一數(shù)值比采用高溫固相法合成發(fā)光粉的臨界猝滅濃度6.6％高得多。 本章還系統(tǒng)地探討了發(fā)光粉各個(gè)組分與發(fā)光性能之間的關(guān)系：通過(guò)改變SrO與Al2O3的比率，考察基質(zhì)相組成與發(fā)光性能變化的關(guān)系，尋找相

4、組成變化引起的材料發(fā)光強(qiáng)度的變化規(guī)律；通過(guò)研究助熔劑H3BO3與材料發(fā)光性能的關(guān)系，來(lái)考察H3BO3的最佳添加量；研究了Eu2+和Dy3+在SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長(zhǎng)余輝材料發(fā)光中的作用，結(jié)果表明Eu2+離子是發(fā)光中心，是引起材料發(fā)光的決定因素，Dy3+離子對(duì)Eu2+離子發(fā)光中心有輔助增強(qiáng)作用。 2.但是，模板水熱法工藝相對(duì)復(fù)雜，因此本文還開(kāi)發(fā)了溶膠-凝膠納米包覆法制備SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長(zhǎng)余輝發(fā)光粉，該

5、制備方法工藝簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模工藝生產(chǎn)。文中通過(guò)TEM研究了納米包覆過(guò)程，結(jié)果表明納米纖維狀或絮狀水合氧化鋁均勻的包覆在碳酸鍶表面，形成具有微小核殼結(jié)構(gòu)的前驅(qū)物。TG和XRD分析結(jié)果證明燒結(jié)核殼結(jié)構(gòu)的前驅(qū)物能夠降低反應(yīng)溫度和提高產(chǎn)物晶相純度，當(dāng)燒結(jié)溫度升到1000℃生成了單一的單斜晶系的SrAl2O4晶相，這一溫度比固相法低300℃左右。SEM結(jié)果表明納米包覆法制備的樣品顆粒松散，平均尺寸在3μm左右。與高溫固相法相比，納米包覆法制備的材

6、料發(fā)光強(qiáng)度和余輝時(shí)間都顯著提高，這大大提高了長(zhǎng)余輝產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。 SrAl2O4：Eu2+，Dy3+發(fā)光粉中點(diǎn)缺陷的形成及其在發(fā)光材料中的作用研究表明，缺陷EuxSr中的Eu2+既是發(fā)光中心也是余輝中心；DySr帶有正電荷，具有捕獲電子的能力，因而可作為電子陷阱；V"Sr帶有負(fù)電荷，能捕獲空穴，可作為空穴陷阱。 3.考察了鐵雜質(zhì)對(duì)SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長(zhǎng)余輝材料發(fā)光性能的影響。結(jié)果表明，鐵雜質(zhì)對(duì)長(zhǎng)余輝發(fā)光粉

7、具有發(fā)光猝滅效應(yīng)，鐵濃度越高，長(zhǎng)余輝發(fā)光越弱，這可以解釋為鐵雜質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)能量抑制了Eu2+發(fā)光中心吸收能量，降低了電子和空穴的復(fù)合機(jī)率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了上述解釋，同時(shí)證實(shí)了Fe3+離子是引起長(zhǎng)余輝發(fā)光猝滅的主要因素。針對(duì)這個(gè)結(jié)果，本章提出了在前驅(qū)物制備過(guò)程中摻加Pr3+或者Bi3+離子，可以有效的抑制了Fe3+離子的猝滅影響。 4.利用無(wú)模板水熱方法制備了Eu(OH)3和Eu2O3納米棒，并將Eu2O3納米棒應(yīng)用到SrAl2O4：Eu

8、2+，Dy3+發(fā)光粉制備中。結(jié)果表明納米棒Eu(OH)3為六方晶系，納米棒Eu2O3為立方晶系，二者的直徑分別為57nm和76nm。實(shí)驗(yàn)證明使用納米氧化銪制備SrAl2O4：Eu2+，Dy3+發(fā)光粉，有利于Eu2+離子進(jìn)入基質(zhì)晶格，增加發(fā)光中心濃度，從而提高材料長(zhǎng)余輝發(fā)光。 5.采用溶膠-凝膠納米包覆技術(shù)制備了新穎的γ-LiAlO2：Eu3+紅色熒光粉，對(duì)該材料的結(jié)構(gòu)，形貌和發(fā)光性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明產(chǎn)物結(jié)構(gòu)為四方晶系