蓝色长作辉发光材料SrAl4O7：Eu2+，Dy3+的制备及发光特性

论文摘要

稀土激活碱土金属铝酸盐发光材料是20世纪90年代发展起来的新型发光材料。被广泛用于紧急照明、军事和工艺美术等方面。由于目前工业化生产多数为黄绿色或蓝绿色,这些材料的发光颜色过于单一,已不能满足人们的需求。目前,具有优良余辉性能的蓝色铝酸盐长余辉发光材料已成为研究热点,而SrAl4O7:Eu2+作为一种蓝色长余辉发光材料,具备铝酸盐长余辉发光材料的优良特性,越来越受到人们的重视。本文以SrCO3、Al（OH）3、Eu2O3、Dy2O3、H3BO3为原料,采用高温固相法制备了SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料,利用XRD表征发光粉的晶体结构、利用荧光分光光度计和照度计测试发光粉的发射峰值和余辉特性。详细研究了Al/Sr摩尔比、烧结温度、升温速率、Eu2+掺杂浓度、Dy3+掺杂浓度、H3BO3掺杂量对SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的物相组成和发光性能的影响,考查了SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的最佳合成工艺,并探讨了xSrO·yAl2O3:Eu2+,Dy3+体系的余辉机理。实验结果表明,Al/Sr摩尔比、烧结温度、升温速率严重影响着SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的物相组成。Al/Sr摩尔比在3.5到4.3的范围内,样品的物相按Sr4Al14O25→SrAl4O7→SrAl12O19的顺序变化,当Al/Sr摩尔比为3.9时,合成的发光粉主相为SrAl4O7。当烧结温度从1300℃升高到1500℃时,样品的物相由富锶相逐渐向富铝相转变,在1400℃时样品的主相变为SrAl4O7。当升温速率按2～6℃/min变化时,样品的物相按SrAl12O19→SrAl4O7→Sr4Al14O25的顺序变化,以4℃/min升温到1400℃时,得到发光粉的主相为SrAl4O7。Eu2+掺杂浓度的变化不影响SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的物相组成。随着Eu2+掺杂浓度的增加,样品的初始亮度和余辉时间先增大后减少。当Eu2+的掺杂量的摩尔分数为Sr的3%时,样品的初始亮度最高,余辉时间最长。随着Dy3+的掺杂浓度的增加,样品的初始亮度和余辉时间的变化表现为先增大后减少,当Dy3+的掺杂量的摩尔分数为Sr的3%时,样品的发光性能最好。助熔剂H3BO3的掺杂浓度对SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的物相组成及发光性能有很大的影响。结果表明,H3BO3的加入量为Al摩尔分数的5%时,有助于SrAl4O7相的合成,同时提高了SrAl4O7:Eu2+,Dy3+的初始亮度和余辉时间。经对比实验,确定了高温固相法制备SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的最佳配方:Sr0.94Al3.9O7:0.03Eu2+,0.03Dy3+,助熔剂H3BO3掺杂量的摩尔分数为Al的5%;最佳工艺参数:烧结温度为1400℃,升温速率为4℃/min,恒温时间为2小时。样品的发射峰位于480 nm,余辉时间为586 min（≥1mcd/m2）,初始亮度为12230 mcd/m2。根据电子-空穴理论结合能带传输模型,探讨了铝酸锶长余辉发光材料的余辉机理,本文提出一种新的电子传输模型,该模型合理解释了Eu2+、Dy3+和B3+共掺杂铝酸锶长余辉发光材料基质中Eu2+的4 f65d1→4f7跃迁所产生的长余辉现象。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 蓝色长余辉发光材料的研究现状
• 1.1.1 硫化物体系发光材料
• 1.1.2 磷酸盐体系
• 1.1.3 硼酸盐体系
• 1.1.4 硅酸盐体系
• 1.1.5 铝酸盐体系
• 1.2 蓝色长余辉发光材料的常见合成方法
• 1.2.1 高温固相法
• 1.2.2 溶胶-凝胶法
• 1.2.3 沉淀法
• 1.2.4 燃烧法
• 1.2.5 其他方法
• 1.3 蓝色长余辉发光机理的研究现状
• 1.3.1 空穴转移模型
• 1.3.2 位型坐标模型
• 1.3.3 能量传递模型
• 1.4 本课题研究的主要内容和研究意义
• 1.4.1 研究的主要内容
• 1.4.2 研究的意义
• 第二章 实验设计与研究方法
• 2.1 实验设计思路
• 2.2 实验原料
• 2.2.1 各种原料的作用
• 2.3 实验仪器与设备
• 2.4 工艺流程
• 2.5 实验步骤
• 2.6 样品性能测试
• 2.6.1 XRD 分析
• 2.6.2 余辉时间
• 2.6.3 荧光光谱
• 4O₇:Eu²⁺,Dy³⁺蓝色长余辉发光材料'>第三章 高温固相法合成SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺蓝色长余辉发光材料
• 3.1 Al/Sr 摩尔比对发光材料物相及发光性能的影响
• 3.1.1 实验方案
• 3.1.2 Al/Sr 摩尔比对物相的影响
• 3.1.3 Al/Sr 摩尔比对发射光谱的影响
• 3BO₃掺杂量对SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺物相及发光性能的影响'>3.2 不同H₃BO₃掺杂量对SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺物相及发光性能的影响
• 3.2.1 实验方案
• 3BO₃ 掺杂量对物相的影响'>3.2.2 不同H₃BO₃掺杂量对物相的影响
• 3BO₃ 掺杂量对发射光谱的影响'>3.2.3 不同H₃BO₃掺杂量对发射光谱的影响
• 3BO₃ 掺杂量对初始亮度和余辉时间的影响'>3.2.4 不同H₃BO₃掺杂量对初始亮度和余辉时间的影响
• 4O₇:Eu²⁺,Dy³⁺物相及发光性能的影响'>3.3 烧结温度对SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺物相及发光性能的影响
• 3.3.1 实验方案
• 3.3.2 烧结温度对物相的影响
• 3.3.3 烧结温度对发射光谱的影响
• 3.3.4 烧结温度对初始亮度和余辉时间的影响
• 4O₇:Eu²⁺,Dy³⁺物相及发光性能的影响'>3.4 升温速率对SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺物相及发光性能的影响
• 3.4.1 实验方案
• 3.4.2 升温速率对物相的影响
• 3.4.3 升温速率对发射光谱的影响
• 3.4.4 升温速率对初始亮度和余辉时间的影响
• 2+掺杂浓度对SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺发光材料的影响'>3.5 不同Eu²⁺掺杂浓度对SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺发光材料的影响
• 3.5.1 实验方案
• 2+掺杂浓度对物相的影响'>3.5.2 不同Eu²⁺掺杂浓度对物相的影响
• 2+掺杂浓度对发射光谱的影响'>3.5.3 不同Eu²⁺掺杂浓度对发射光谱的影响
• 2+掺杂浓度对初始亮度和余辉时间的影响'>3.5.4 不同Eu²⁺掺杂浓度对初始亮度和余辉时间的影响
• 3+掺杂浓度对SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺发光材料的影响'>3.6 不同Dy³⁺掺杂浓度对SrAl₄O₇:Eu²⁺,Dy³⁺发光材料的影响
• 3.6.1 实验方案
• 3+掺杂浓度对发射光谱的影响'>3.6.2 不同Dy³⁺掺杂浓度对发射光谱的影响
• 3+掺杂浓度对初始亮度和余辉时间的影响'>3.6.3 不同Dy³⁺掺杂浓度对初始亮度和余辉时间的影响
• 3.7 余辉机理探讨
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 致谢