红色长余辉发光材料的低温固相合成及其发光性能研究

论文摘要

本文介绍了稀土红色长余辉发光材料的独特性质及研究现状,介绍了常用的高温固相法、溶胶-凝胶法、燃烧法等几种常规制备方法以及一些新的合成方法,将固相反应与燃烧法相结合（后称为低温固相反应法）,用金属硝酸盐和柠檬酸或尿素为原料主要采用制备了几种焦硅酸盐体系和钛酸钙的发光材料,并对它们的发光性能进行了研究。最后用低温固相反应法合成了尖晶石ZnCo2O4。1.用金属硝酸盐和柠檬酸为原料,以H3BO3和CO（NH2）2为辅助试剂低温固相合成Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+长余辉发光材料。光致发光光谱表明当Eu与Dy的物质的量之比为2:1时,Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+磷光体具有最好的发光性质。当引入一定量Nd离子并且用适量的硝酸铵和柠檬酸代替尿素,这种磷光体能够发射出红光。分析结果表明,当这种磷光体被340nm的可见光激发时,这种磷光体在502nm和635nm之间有一个很宽的发射谱带,这归属于三价的铕离子的特征发射。表征结果表明Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+和Sr2MgSi2O7:Eu2+, Dy3+,Nd3+这两种磷光体都具有单一的Sr2MgSi2O7结构,并且颗粒大小都属于纳米范围。2.采用低温固相反应法快速合成了新型Ca2ZnSi2O7:Eu2+,RE3+（RE=Dy、Tm、Nd）发光体系,实验中以Eu离子为激发剂,掺入Dy、Tm、Nd等稀土金属离子作为辅助激发剂,使其发光性能有了较大的改进。通过热重分析仪对前驱体进行热分析发现在600℃就能形成Ca2ZnSi2O7:Eu,RE（RE=Dy,Tm,Nd）磷光体。通过XRD、荧光发光光谱对粉体的晶体物象及发光性能进行了表征。实验分析表明:这种发光材料,为一种镁黄长石结构的焦硅酸盐化合物,其晶体为简单四方结构,其激发峰位于233nm,发射光谱主峰在620nm左右,590nm处也有一个发射峰,是红色长余辉发光材料。4.采用低温固相反应法在700℃合成红色长余辉发光体Ba2MgSi2O7 :Eu3+,RE3+（RE=Dy,Tm,Ce,Er,Nd）。表征结果表明,与传统高温固相法合成此种材料相比,低温固相法具有反应时间短,合成温度低,产物疏松易粉碎,纯度高等优点。合成材料的激发带峰值位于248nm和405nm,发射光谱峰值在595nm和620nm,其中620nm处的发射峰最强,是典型的Eu3+的5D0→7F2跃迁,UV（248nm）激发下当Eu3+=RE3+=6%时（总产物mol比）时,辅助激发离子抑制了Eu3+离子的发射,而在可见光（405nm）激发时当Eu3+=RE3+=4%时,Tm3+,Dy3+,Ce3+离子并不能改变发射峰的位置但可以使发光强度明显地增强,而Nd3+,Er3+离子的加入使得Eu3+的发光强度减弱。5.以钛酸四丁酯和硝酸钙为原料,用低温固相反应法成功合成了CaTiO3:Pr红色荧光粉。为了提高这种荧光粉的发光性能,加入铝离子作为电荷补偿剂,硼酸作为助熔剂,以及加入锌离子和镁离子替代一部分钙离子,并对其发光性能的影响进行了研究。结果表明一定量的硼酸、铝离子、镁离子、锌离子能够有效的提高CaTiO3:Pr红色荧光粉发光强度。余辉曲线和发光亮度表明当硼酸与硝酸钙的物质的量之比为0.3,铝离子与硝酸钙的物质的量之比为0.001时Ca0.8Zn0.2TiO3:Pr, Ca0.9Mg0.1TiO3:Pr样品具有最佳的发光性能。6.用低温固相法以醋酸锌、醋酸钴和草酸为原料一步合成了尖晶石ZnCo2O4的前驱体ZnCo2（C2O4）3?6H2O纳米粒子。将制得的前驱体ZnCo2（C2O4）3·6H2O样品分别在350、450、550℃和650℃灼烧3h后制得。TG、DSC和XRD表征结果表明前驱体是复合物ZnCo2（C2O4）3·6H2O,而不是混合物。XRD和IR表征结果表明在450℃煅烧ZnCo2（C2O4）3·6H2O 3个小时后能得到晶形较好的目标产物尖晶石ZnCo2O4。扫描电镜表征结果表明前驱体和目标产物颗粒大小分别为50nm和20nm,都属于纳米粒子。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 长余辉发光材料研究现状
• 1.2 稀土红色长余辉材料体系种类
• 1.2.1 过渡金属硫化物体系（包括硫氧化物）
• 1.2.2 氧化物体系
• 1.2.3 硅酸盐体系
• 1.2.4 钛酸盐体系
• 1.3 稀土长余辉材料的主要制备方法
• 1.3.1 高温固相法
• 1.3.2 水热合成法
• 1.3.3 溶胶-凝胶法
• 1.3.4 燃烧法
• 1.3.5 低温固相反应法（低热固相反应法, 室温固相反应法）
• 1.3.5.1 低温固相反应法研究现状
• 1.3.5.2 低温固相反应合成纳米粉体的探讨
• 1.3.6 新方法
• 1.4 研究展望
• 1.5 课题的研究意义
• 2MgSi₂O₇:Eu²⁺, Dy³⁺和Sr₂MgSi₂O₇: Eu²⁺, Dy³⁺, Nd³⁺的低温固相合成及发光性能研究'>第二章 Sr₂MgSi₂O₇:Eu²⁺, Dy³⁺和Sr₂MgSi₂O₇: Eu²⁺, Dy³⁺, Nd³⁺的低温固相合成及发光性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 合成
• 2.2.3 表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产物的物相分析
• 2MgSi₂O₇：Eu²⁺，Dy³⁺的发光性质'>2.3.2 Sr₂MgSi₂O₇：Eu²⁺，Dy³⁺的发光性质
• 2MgSi₂O₇：Eu²⁺，Dy³⁺，Nd³⁺的发光性质'>2.3.3 Sr₂MgSi₂O₇：Eu²⁺，Dy³⁺，Nd³⁺的发光性质
• 2.3.4 形貌和大小
• 2.4 结论
• 2ZnSi₂O₇：Eu²⁺的低温固相合成及其发光性能'>第三章 Ca₂ZnSi₂O₇：Eu²⁺的低温固相合成及其发光性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 合成
• 3.2.3 表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 晶体XRD 表征
• 3.3.2 热重（TG/DTG）分析
• 2ZnSi₂O₇：Eu²⁺，RE³⁺（RE=Dy、Tm、Nd）体系的激发光谱'>3.3.3 Ca₂ZnSi₂O₇：Eu²⁺，RE³⁺（RE=Dy、Tm、Nd）体系的激发光谱
• 2ZnSi₂O₇：Eu²⁺，RE³⁺（RE=Dy，Tm，Nd）体系的发射光谱'>3.3.4 Ca₂ZnSi₂O₇：Eu²⁺，RE³⁺（RE=Dy，Tm，Nd）体系的发射光谱
• 3.3.5 尿素的影响
• 3.4 结论
• 2MgSi₂O₇:Eu³⁺的低温固相合成及其发光性能'>第四章 长余辉发光材料Ba₂MgSi₂O₇:Eu³⁺的低温固相合成及其发光性能
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 合成
• 4.2.3 表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 物相形成的TG 分析
• 4.3.2 产物的XRD 物相分析
• 2MgSi₂O₇∶Eu³⁺ 的发光性质'>4.3.3 Ba₂MgSi₂O₇∶Eu³⁺的发光性质
• 3+最佳量的选择'>4.3.4 Eu³⁺最佳量的选择
• 2MgSi₂O₇∶Eu³⁺， RE³⁺（RE=Dy,Tm,Ce,Er,Nd）发光性质分析'>4.3.5 Ba₂MgSi₂O₇∶Eu³⁺， RE³⁺（RE=Dy,Tm,Ce,Er,Nd）发光性质分析
• 4.3.6 产物的淬灭效应
• 4.3.7 持续发光机理初步分析
• 4.4 结论
• 第五章 红色长余辉发光材料稀土镨激发的钛酸钙的低温固相合成及其发光性能
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂
• 5.2.2 合成
• 5.2.3 表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 铝离子的影响
• 5.3.2 温度的影响
• 5.3.3 硼酸的影响
• 5.3.4 锌离子和镁离子的影响
• 5.4 结论
• 2O₄的低温固相合成及表征'>第六章 纳米尖晶石ZnCo₂O₄的低温固相合成及表征
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 试剂
• 6.2.2 合成
• 6.2.3 表征
• 6.3 结果与讨论
• 2（C₂O₄）₃·6H₂O 热分解过程的TG-DTG 和DSC 曲线'>6.3.1 ZnCo₂（C₂O₄）₃·6H₂O 热分解过程的TG-DTG 和DSC 曲线
• 6.3.2 XRD 表征结果
• 6.3.3 IR 表征结果
• 6.3.4 TEM 表征结果
• 6.4 结论
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读硕士学位期间已发表和待发表论文索引）