氧化物发光薄膜材料的制备及表征

论文摘要

本文在查阅国内外大量文献的基础上对目前发光薄膜的制备进行了综述。随着信息技术的飞速发展,人类社会正大踏步迈进信息化时代,各种新兴媒体不断涌现,大量高精度电子化系列产品迅速普及,电子显示器件越来越重要,各种各样的平板显示器件（FPD）更是如此,它们普遍具有薄型、轻质、低电压驱动、低功耗,而且适用于数字技术等特点。同传统的由发光粉制成的显示屏相比,薄膜型荧光材料具有优良的导电性和导热性、高对比度和高分辨率、相对较低的释气速率、良好的均匀性、并且与衬底结合良好,提高了材料耐高温及大电流的程度,薄膜散热快,避免了荧光的淬灭,所以荧光薄膜制备在各类显示器件中具有重要意义。溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物化学汽相沉积法等方法,虽能控制薄膜的组成及生长方向,也可降低后处理温度,但设备昂贵,成本高,不适于制备大面积的薄膜等。我们提出了一种新型的制备薄膜发光材料的方法——电沉积-灼烧法,相比于设备昂贵、制备成本高的气相沉积法,电沉积法的成本大大降低,可通过控制电量来方便调节薄膜厚度,另外在ITO玻璃上直接进行发光材料的制备,可大大简化发光器件制备的工艺。采用电化学.灼烧法制备出了Y2O3:Eu、Gd2O3:Eu和La2O3:Eu三种红色发光薄膜材料;Y2O3:Tb3+、Gd2O3:Tb3+和La2O3:Tb3+三种绿色发光薄膜材料,它们的发光均为Eu、Tb离子的特征发光,与基质材料的关系不大;兰紫色ZnO发光薄膜,其发光范围基本上在375～500nm的范围内,在中心峰396nm和469nm附近,有较明显的两个发射峰,为有近紫外和蓝光两个发光波段。研究了不同电沉积条件对Y2O3:Eu3+、Y2O3:Tb3+、ZnO薄膜发光强度的影响。使用扫描电镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）观测了薄膜的表面形态,结果显示薄膜表面均匀平整,是由粒度较小的微晶组成的。用XRD检测薄膜结晶情况,在500℃条件下制备的发光薄膜晶型完整。采用电化学和电化学石英微天平（EQCM）进行了电沉积氢氧化钇的机理研究,机理研究表明,电极上沉积氢氧化钇是分步进行的,首先是电极上还原硝酸根产生氢氧根,然后是氢氧根与电极表面吸附的钇离子产生氢氧化钇并沉积在电极上。电化学过程是控制总个反应的慢反应,kθ为1.616×10-9,其速率常数非常小,需要较大的过电位才能促使反应的进行。用无机盐为原料,改变过去一直用醇盐为前驱体的溶胶-凝胶工艺,用六次甲基四氨法和柠檬酸制备了稳定的Eu3+掺杂的Y2O3溶胶,并对溶胶-凝胶工艺条件进行优化,分析了在不同的温度下热处理时凝胶化学成分变化及不同工艺制备的溶胶对薄膜制备的影响。采用旋涂法制备了均匀的Y2O3:Eu3+发光薄膜,研究热处理条件下薄膜的晶体结构变化和薄膜的表面形貌及其发光性能,比高温固相法的成晶温度降低了200℃以上。溶胶-凝胶法制备的无机发光薄膜均匀、无裂纹、粒子堆积非常紧密。薄膜的发光性能与溶胶的制备工艺、添加剂的种类有较大的关系,对比添加六次甲基四氨和柠檬酸,前者的发光性能明显好于后者,后者的发光强度只有前者的73%,通过对发光薄膜的XRD分析,可以看出前者晶相纯度明显优于后者。把含铕配合物掺入SiO2基质中,通过对工艺条件的优化制得不开裂的发光薄膜,研究了稀土配合物在SiO2基质中的发光性能,重点研究了苯甲酸铕在SiO2基质中的热稳定性和配位情况,以及掺杂浓度和热处理温度对材料发光性能的影响。PEG的加入有助于提高发光强度,是因为降低了羟基的荧光淬灭。发光薄膜在594nm和618nm处出现强发射,单位质量稀土配合物的发光强度提高了2倍左右。X-衍射和AFM分析结果表明合成的苯甲酸铕/SiO2是一种非晶态的固体,PEG400掺入薄膜中能很好分散在SiO2基质中。电化学沉积和溶胶-凝胶法是制备发光薄膜材料的非常好的方法,在导电的基底上制备发光薄膜材料时最好采用电化学方法,而在非导电的基底上制备发光薄膜材料则可采用溶胶凝胶法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 薄膜材料发光的优势
• 1.2 无机发光薄膜材料的制备方法
• 1.2.1 蒸镀法
• 1.2.2 溅射法
• 1.2.3 化学气相沉积（CVD法）
• 1.2.4 溶胶—凝胶法（Sol-gel法）
• 1.2.5 喷雾热解法
• 1.2.6 脉冲激光沉积法
• 1.2.7 脉冲激光烧蚀法
• 1.3 溶胶—凝胶法制备发光薄膜的现状
• 1.3.1 无机发光薄膜
• 1.3.2 配合物/无机杂化发光薄膜
• 1.4 电沉积法制备薄膜材料的现状
• 1.5 氧化物基质材料的应用前景
• 1.6 本课题研究的主要内容和意义
• 第二章 电沉积-灼烧法制备红色发光薄膜材料
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试剂和仪器
• 2.1.2 实验步骤
• 2.1.2.1 电沉积底层的处理
• 2.1.2.2 ITO导电玻璃上的电沉积
• 2.1.2.3 对沉积样品的灼烧处理
• 2.1.3 实验原理
• 2.1.4 产品性能检测与表征
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 不同沉积条件下薄膜的发光性能
• 2.2.2 烧结热处理条件对薄膜发光性能的影响
• 2.2.3 红色发光薄膜材料的表征
• 2.3 小结
• 第三章 电沉积法制备绿色发光薄膜材料
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 实验步骤及测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 电沉积条件对薄膜发光性能的影响
• 3.2.2 烧结热处理条件对薄膜影响
• 3.2.3 绿色发光薄膜材料的表征
• 3.3 小结
• 第四章 电沉积法制备兰紫色发光薄膜材料
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂和仪器
• 4.1.2 实验步骤
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 薄膜制备条件的影响
• 4.2.2 灼烧温度对发光薄膜性能的影响
• 4.3 小结
• 第五章 电沉积法制备氧化物的机理研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 试剂和仪器
• 5.1.2 实验步骤
• 5.1.3 实验原理
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 循环伏安曲线
• 5.2.2 沉积电位对阴极电流的影响
• 5.2.3 电流与时间的关系
• 5.2.4 硝酸根浓度对阴极电流的影响
• 5.2.5 温度对反应的影响
• 5.2.6 钇离子浓度对沉积的影响
• 5.2.7 溶液pH值对电沉积的影响
• 5.3 小结
• 2O₃:Eu发光薄膜材料'>第六章 溶胶-凝胶法制备Y₂O₃:Eu发光薄膜材料
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 试剂和仪器
• 6.1.2 实验方法
• 6.1.3 表征方法
• 6.1.4 实验原理
• 6.2 结果与讨论
• 2）₆N₄法制备水溶胶及最佳工艺条件的选择'>6.2.1（CH₂）₆N₄法制备水溶胶及最佳工艺条件的选择
• 6.2.2 柠檬酸作螯合剂的凝聚法制备溶胶工艺条件的选择
• 1-XEu_X)₂O₃薄膜的荧光特性'>6.2.3(Y_1-XEu_X)₂O₃薄膜的荧光特性
• 1-XEu_X)₂O₃薄膜的结构与形貌分析'>6.2.4(Y_1-XEu_X)₂O₃薄膜的结构与形貌分析
• 6.3 小结
• 2发光薄膜'>第七章 溶胶-凝胶法制备铕稀土配合物/SiO₂发光薄膜
• 7.1 实验部分
• 7.1.1 试剂和仪器
• 7.1.2 实验方法
• 7.1.3 表征方法
• 7.2 结果与讨论
• 2复合发光材料'>7.2.1 溶胶-凝胶法制备铕配合物/SiO₂复合发光材料
• 7.2.2 改性添加剂对薄膜材料的影响
• 7.2.3 材料的表征
• 7.2.4 电沉积法与溶胶-凝胶法制备发光薄膜材料的对比
• 7.3 小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 博士学习期间主要的成果