SrO-Al2O3体系发光材料结构、形貌和发光性质研究

论文摘要

在发光材料领域,碱土铝酸盐体系发光材料在照明显示等方面有着不可忽视的重要地位。这一类发光材料可以具体分为三类：第一类是二元碱土铝酸盐,例如,长余辉荧光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+,具有发光效率高、余辉时间长的特点,在夜间显示、彩色装潢、玩具业、娱乐业等方面有着广阔的应用前景和市场。第二类是具有磁铁铅矿和β-Al2O3结构的六方相碱土铝酸盐,如蓝色发光材料BaMgAl10O17:Eu2+,在荧光灯和显示方面都有重要用途。第三类是具有磁铁铅矿的六方相碱土铝酸盐,例如LaMgAl11O19:Ce3+。铝酸盐体系发光材料具有发光效率高、烧结温度低等优点,但是遇水不够稳定、色纯也不够好,为了解决这些问题人们对铝酸盐体系荧光粉进行了大量的研究。本文的主要工作就是围绕着Eu2+激活SrO-Al2O3这一体系进行了研究,希望改进已有的发光材料的性能,并寻找新的发光材料。采用高温固相法制备了碱土金属离子（Mg2+,Ca2+,Ba2+）掺杂的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉。随着基质中掺入的碱土金属离子浓度增加,基质晶格常数也随之发生变化。三种碱土离子在SrAl2O4中的固溶极限分别为Mg2+:50%, Ca2+:40%, Ba2+:30%。随着掺杂碱土金属离子浓度的增大,样品的发射光谱峰值会出现规律性移动。一定量的Mg2+和Ba2+掺杂会不同程度地提高样品的发光强度,Ca2+的掺杂则导致发光强度降低。但是碱土金属离子掺杂不能有效地改善SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的余辉性能。采用融盐辅助的溶胶-凝胶法在1100℃制备具有较高发光强度的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉,合成温度较传统的高温固相法降低了250℃。在制备过程中使用不同的助熔剂对产物的发光性能有显著的影响,适量的H3BO3可以提高发光强度,延长余辉时间；而氟化物和氯化物型助熔剂则会降低发光强度,大大的缩短余辉时间。与高温固相法相比,采用融盐辅助的溶胶-凝胶法制备出的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉具有较好的形貌。样品颗粒粒径约为5-8μm,无粘接现象,但颗粒形状不规则,还需要进一步改善。采用高温固相法制备了Ba2+稳定的六方相SrAl2O4,随着Ba2+浓度的增加,基质物相逐渐由单斜相向六方相转变。当Ba2+的掺杂浓度达到37%时,基质成为单一的六方SrAl2O4。SrAl2O4:Eu2+其发射光谱位于450-650 nm之间,光谱峰值为507 nm,且发光强度较常规的单斜SrAl2O4:Eu2+提高约15%,色纯度也有所改善,其激发光谱在近紫外有较强的吸收,适用于白色发光二极管。Mn2+激活的Ba2+稳定的六方SrAl2O4是一种新型的绿色荧光粉。在MgAl2O4-SrAl2O4体系中发现了一种新的、适用于白色发光二极管的蓝色发光材料,Mgo.9Sr0.1-xAl2O4:Eu2+,并对其发光性能进行了初步研究,该样品可被365 nm紫外光激发,其发射光谱位于400-600 nm范围,光谱峰值为460 nm,色坐标位于（x,y）=（0.1498,0.1571）,其光致发光强度较同类产品有大幅度的提高。扫描电镜照片显示,样品粒径均匀,颗粒大约在2-3μm,无团聚粘连现象。说明这种新型的蓝色发光材料完全可以适用于白色发光二极管的蓝色发光材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 发光基础知识
• 1.1.1 前言
• 1.1.2 发光材料的发光性能
• 1.2 碱土铝酸盐体系发光材料的发展历史及研究现状
• 1.3 发光材料的合成方法
• 1.3.1 高温固相法
• 1.3.2 溶胶-凝胶法
• 1.3.3 燃烧法
• 1.3.4 其他方法
• 1.4 研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 发光材料的制备方法
• 2.1.1 高温固相法的制备工艺
• 2.1.2 融盐辅助的溶胶—凝胶法的制备工艺
• 2.2 产物的物相分析
• 2.3 产物颗粒的形貌观察
• 2.4 产物的发光性能测试
• 2.5 产物的余辉时间测试
• 2+,Ca²⁺,Ba²⁺)掺杂对SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺发光性能的影响'>第3章 碱土金属离子(Mg²⁺,Ca²⁺,Ba²⁺)掺杂对SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺发光性能的影响
• 3.1 前言
• 2O₄:Eu²⁺,Dy³⁺的制备'>3.2 SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺的制备
• 2+,Ca²⁺,Ba²⁺)掺杂对SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺发光性能的影响'>3.3 碱土金属离子(Mg²⁺,Ca²⁺,Ba²⁺)掺杂对SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺发光性能的影响
• xSr_1-xAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺（M=Mg,Ca,Ba）的结构分析'>3.3.1 M_xSr_1-xAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺（M=Mg,Ca,Ba）的结构分析
• 0.96-xM_xAl₂O₄:Eu_0.015²⁺,Dy_0.018³⁺的光谱分析'>3.3.2 Sr_0.96-xM_xAl₂O₄:Eu_0.015²⁺,Dy_0.018³⁺的光谱分析
• 0.96-xM_xAl₂O₄:Eu_0.015²⁺,Dy_0.018³⁺的长余辉特性'>3.3.3 Sr_0.96-xM_xAl₂O₄:Eu_0.015²⁺,Dy_0.018³⁺的长余辉特性
• 3.4 结论
• 2O₄:Eu²⁺,Dy³⁺'>第4章 融盐辅助的溶胶-凝胶法制备SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺
• 4.1 前言
• 4.2 烧结过程对产物的影响
• 4.2.1 烧结过程对产物物相的影响
• 4.2.2 烧结过程对产物颗粒形貌的影响
• 4.2.3 烧结过程对产物发光性能的影响
• 4.3 助熔剂对产物的影响
• 4.3.1 助熔剂对产物物相的影响
• 4.3.2 助熔剂对产物形貌的影响
• 4.3.3 助熔剂对产物发光性能的影响
• 3BO₃对产物性能的影响'>4.4 助熔剂H₃BO₃对产物性能的影响
• 3BO₃的用量对产物物相的影响'>4.4.1 H₃BO₃的用量对产物物相的影响
• 3BO₃的用量对产物发光性能的影响'>4.4.2 H₃BO₃的用量对产物发光性能的影响
• 3BO₃的用量对产物形貌的影响'>4.4.3 H₃BO₃的用量对产物形貌的影响
• 3BO₃的用量对产物余辉时间的影响'>4.4.4 H₃BO₃的用量对产物余辉时间的影响
• 4.5 本章小结
• 2+稳定的六方SrAl₂O₄发光性质的研究'>第5章 Ba²⁺稳定的六方SrAl₂O₄发光性质的研究
• 5.1 前言
• 2+掺杂SrAl₂O₄结构的变化'>5.2 Ba²⁺掺杂SrAl₂O₄结构的变化
• 1-xBa_xAl₂O₄:Ln的发光性能'>5.3 Sr_1-xBa_xAl₂O₄:Ln的发光性能
• 1-xBa_xAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺的发光性能'>5.3.1 Sr_1-xBa_xAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺的发光性能
• 1-xBa_xAl₂O₄:Eu²⁺的发光性能'>5.3.2 Sr_1-xBa_xAl₂O₄:Eu²⁺的发光性能
• 1-xBa_xAl₂O₄:Mn²⁺的发光性能'>5.3.3 Sr_1-xBa_xAl₂O₄:Mn²⁺的发光性能
• 5.4 本章小结
• 第6章 一种新型的LED器件用蓝色荧光粉
• 6.1 前言
• 2+浓度对Mg_0.90Sr_0.10Al₂O₄:Eu²⁺发光性能的影响'>6.2 Eu²⁺浓度对Mg_0.90Sr_0.10Al₂O₄:Eu²⁺发光性能的影响
• 0.90Sr_0.10Al₂O₄:Eu²⁺发光强度的影响'>6.3 烧结温度、烧结时间对Mg_0.90Sr_0.10Al₂O₄:Eu²⁺发光强度的影响
• 0.90Sr_0.10Al₂O₄:Eu²⁺的热稳定性'>6.4 Mg_0.90Sr_0.10Al₂O₄:Eu²⁺的热稳定性
• 6.5 本章小结
• 第7章 全文结论和进一步研究工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果