论文题目: PDP用BaMgAl10O17：Eu～（2+）蓝色荧光粉包膜研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 梁超
导师: 蒋建清
关键词: 荧光粉,热劣化,包膜,非均相沉淀法,结合机制,抗热劣化机制
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 作为PDP显示器件的关键材料之一,荧光粉对于PDP技术的发展和PDP显示器性能的发挥起着至关重要的作用。其中以铝酸盐为基质的BaMgAl10O17:Eu2+（BAM）蓝粉由于其很高的量子效率、纯正的色坐标及较好的化学稳定性,已获得了广泛应用。但是,BAM蓝粉在经历500～600℃的高温过程时,会发生非常严重的热劣化,发光亮度下降,色坐标漂移,对其使用性能和PDP的工作寿命都造成了非常不利的影响。而目前研究界所提出的几种解决方式均难以很好的解决该问题。通过热劣化试验,研究了BAM蓝粉发光性能与灼烧温度和灼烧时间之间的关系。试验结果表明:随着灼烧温度的升高（500℃以上）,BAM蓝粉的发光亮度逐渐下降,色坐标减小;当温度超过550℃后,热劣化程度加剧;在600℃时,BAM蓝粉的相对亮度只有69%,色坐标（y）从初始时的0.0650降至了0.0563。为了研究BAM蓝粉的热劣化机理,通过光电子能谱（XPS）和X射线衍射（XRD）分别对BAM蓝粉发光中心Eu的电子结合能和晶体结构的变化进行了分析。结果表明,经过劣化后,Eu2+被氧化成Eu3+和由加热过程引起晶体结构的变化这两方面因素的共同作用导致了BAM蓝粉的热劣化。本文首先以非均相沉淀法为基础,分别开发出氢氧化铝沉淀法和碳酸铝铵沉淀法两种工艺对BAM蓝粉进行包膜处理,均在BAM蓝粉表面制备出γ-Al2O3包膜。研究结果表明:对于Al（OH）3沉淀法,当pH = 4.5和4.8,前驱体加料比例为1.0和1.5%时,包膜层的包覆率较高,膜层组织呈微小颗粒状均匀分布与荧光粉表面;当pH=5.2和6.0时,包膜层生长成为长径比很大的针状组织。当前驱体加料比例处于0.5%～2.0%时,随着前驱体加料比例逐渐增加膜层厚度逐渐增加,当加料比例大于2.0%时,膜层由原先较平整的表面转而呈现出“羊齿状”的生长形态。对于NH4AlO（OH）HCO3包膜法,当pH=8.5,加料比例为0.5%时,包膜层的包覆率和均匀性相对较高;随着前驱体加料比例进一步增加,膜层厚度进一步增加,但均匀性会有所下降。热劣化试验结果表明,该两种包膜对于BAM蓝粉的抗劣化性能的改善效果并不明显,相比之下,由Al（OH）3沉淀法制备的包膜蓝粉抗劣化性能较好,在600℃时,相对亮度为80%,高于未包膜蓝粉11%。基于Al2O3包膜的研究工作,本文又开发出工艺简单且质量稳定的SiO2液相包膜工艺,并就如何通过pH值、前驱体加料比例和加料速度等工艺参数对包膜形貌进行有效控制开展了系统的试验研究。结果表明:当pH=7～11,前驱体加料比例为5～15%,陈化时间为2～4h时,滴加速度为5ml/min时,SiO2包膜达到了较高的包覆率、均匀性和致密度。且抗劣化性能较未包膜BAM蓝粉有了显著的提高。在保证初始亮度不发生下降的同时（105%）,随着灼烧温度的升高,劣化程度较未包膜蓝粉明显缓和。在600℃,SiO2包膜蓝粉亮度可达92%,色坐标为0.0580。表明该包膜BAM蓝粉完全可以满足实际使用的要求。在此基础上,本文还对SiO2包膜层与荧光粉基体之间的结合机制、SiO2包膜的成膜机制以及包膜的抗劣化机制进行了探讨。结果表明:SiO2包膜与BAM蓝粉基体之间形成了化学键合,保证了包膜与荧光粉之间的结合强度。SiO2包膜良好的抗劣化作用,主要是具有其平整的表面形貌和致密的组织有效地阻挡了外界氧原子的入侵,起到了扩散阻挡层的作用。同时也进一步证明了BAM蓝粉发光中心Eu2+的氧化是造成BAM蓝粉热劣化的主要原因,而晶体结构变化对发光性能的影响相对较小。最后,本文采用了Kublka-Munk模型对包膜荧光粉层进行了数学建模,并进行了理论计算,结果表明,在包膜厚度相同的前提下,包膜层组织的折射率越低,随之,由于包膜层对出射和入射光线的吸收和散射而造成的发光效率下降的幅度就越小。这就从光学角度证明了SiO2包膜优于Al2O3包膜的原因所在,并为就如何进行包膜材料的选择提供了理论上的参考。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪言
第二章 文献综述
2.1 引言
2.2 等离子显示器及荧光粉的发展现状
2.2.1 等离子体显示屏的结构及其工作原理
2.2.2 等离子体显示屏的特点及其发展现状
2.3 等离子体显示屏用荧光粉及其存在的问题
2.3.1 等离子体显示屏对荧光粉发光性能的要求
2.3.2 等离子显示屏用铝酸盐荧光粉的劣化
2.3.3 现有解决途径
2.4 荧光粉的包覆技术研究现状
2.4.1 无机材料包膜制备技术分类
2.4.2 几种主要的包膜技术
2.5 本课题主要研究内容
第三章 试验内容及方法
3.1 研究内容及技术路线
3.2 热劣化试验
3.3 包膜工艺的研究
3.3.1 Al_2O_3包膜工艺研究
3.3.2 SiO_2包膜工艺研究
3.4 性能测试
第四章 PDP用BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)蓝粉的热劣化研究
4.1 PDP 用铝酸盐荧光粉的热劣化特性
4.2 BAM 蓝粉的热劣化机制
4.3 小结
第五章 BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)蓝粉的Al_2O_3包膜的制备技术研究
5.1 包膜过程中的沉淀反应理论分析
5.1.1 Al(OH)_3的沉淀反应机制
5.1.2 NH_4AlO(OH)HCO_3的沉淀机制
5.2 试验结果
5.2.1 Al(OH)_3包膜法的工艺研究
5.2.2 碳酸铝铵沉淀法包膜工艺研究
5.3 包膜层的表征
5.3.1 X 射线衍射分析
5.3.2 电子衍射分析
5.3.3 光电子能谱分析
5.4 Al_O_3包膜BAM蓝粉的热劣化性能
5.4.1 Al(OH)_3包膜法制备的包膜蓝粉
5.4.2 碳酸铝铵包膜法制备的包膜BAM 蓝粉
5.5 分析讨论
5.5.1 Al(OH)_3沉淀法的非均相形核区范围偏差
5.5.2 工艺参数对包膜形态的影响
5.5.3 包膜BAM 蓝粉的抗劣化性能
5.6 小结
第六章 BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)蓝粉的SiO_2包膜的制备技术研究
6.1 硅酸聚合机制
6.2 包膜实验结果和分析
6.2.1 pH 值对包膜形态的影响
6.2.2 前驱体加料比例对包膜形态的影响
6.2.3 陈化时间对包膜形态的影响
6.2.4 加料速度对包膜形态的影响
6.3 荧光粉包膜的表征
6.3.1 X 射线衍射分析（XRD）
6.3.2 能谱分析（EDX）
6.3.3 包膜层组织结构
6.3.4 包覆率和包膜厚度的确定
6.4 膜层与荧光粉的结合机制
6.5 包膜BAM 蓝粉的热劣化实验
6.5.1 pH 值对包膜BAM 蓝粉抗劣化性能影响
6.5.2 前驱体加料比例对包膜BAM 蓝粉抗劣化性能影响
6.5.3 陈化时间对抗劣化性能的影响
6.5.4 包膜对BAM 蓝粉色坐标的影响
6.6 分析讨论
6.6.1 工艺参数对包膜形态的影响
6.6.2 包膜的抗劣化机制
6.7 小结
第七章 包膜荧光粉层的光学特性研究
7.1 基本理论模型
7.2 PDP 荧光粉层的光学模型
7.3 包膜荧光粉层的光学模型
7.4 计算结果与分析
7.5 小结
第八章 结论
展望
致谢
参考文献
附录
作者简介
发布时间: 2007-03-12
参考文献
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