稀土离子掺杂的NaYF4和Y2O3发光材料水热法制备研究

论文摘要

本论文采用水热法制备NaYF4:Yb3+,Ln<sup>3+(Ln:Er3+,Tm3+)和Y2O3:Eu3+发光材料,系统探讨稀土离子添加量、水热反应温度和反应时间、反应体系的pH值等条件对荧光粉性能的影响。在水热法制备NaYF4:Yb3+,Er3+上转换发光材料中,提高水热反应温度和延长反应时间,有助于生成六方相产物和提高产物的发光性能;当Er3+离子浓度2mol%,反应体系的pH值为4-5时,产物荧光强度最大;通过改变氟化氢铵（NH4HF2）和氟化钠（NaF）的用量,为水热反应体系提供过量的氟离子以增加产物的过饱和度,氟离子同时也作为反应体系的矿化剂促进六方相产物的生成;把水热法制备的荧光粉在500℃热处理30min,荧光强度显著增加;对水热法制备的荧光粉进行下转换荧光光谱测试,其激发峰和发射峰对应波长分别为488nm和540nm;最后分别以乙二胺四乙酸二钠（EDTA）和柠檬酸钠作为络合剂制备棱柱状和六角片状的六方相NaYF4:Yb3+,Er3+发光材料;采用正交试验研究各因素对样品发光性能的影响,优化制备工艺。在水热法制备NaYF4:Yb3+,Tm3+上转换发光材料中,Tm3+离子浓度为0.2mol%,Yb3+离子浓度为40mol%,反应体系的pH值为4时,蓝光强度达到最大;经测试水热法制备的NaYF4:Yb3+,Tm3+样品的下转换发光光谱,激发峰和发射峰对应波长分别为447nm和541nm;当以EDTA为络合剂时,产物主要呈球状和棱柱状;以柠檬酸钠为络合剂时,合成具备不同微观形貌的荧光粉。采用正交试验研究各因素对蓝光强度的影响,极差分析和方差分析结果显示,Yb3+离子浓度是影响蓝光强度的主要因素。用水热法制备前躯体并经热处理后得到Y2O3:Eu3+发光材料,在200℃水热反应12h,反应体系pH值为10,Eu3+离子浓度为7mol%条件下制备的前躯体经热处理后发光性能最好,产物为纯立方相,其形貌为规则棒状,且长度在2μm左右,前躯体经1100℃热处理3h后,产物仍能保持棒状形貌,激发和发射强度均较高,其激发峰和发射峰对应波长分别为254nm和609nm;添加Li2CO3作为助熔剂能提高荧光粉的发光性能,当添加Li2CO3的质量比为2%时激发和发射光谱强度已有显著提高。最后,本论文还对水热法制备稀土上转换发光材料的生长机理进行初步探讨,结合晶体生长理论和实验结果,解释水热反应条件如温度、pH值和络合剂等条件对NaYF4晶体生长的影响,为进一步研究提供一定参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 稀土上转换发光材料简介
• 1.2.1 稀土上转换发光材料发展历程
• 1.2.2 稀土上转换发光材料的应用概述
• 1.2.3 几种典型稀土上转换发光基质材料
• 1.2.4 稀土上转换发光材料的制备方法
• 2O₃:Eu³⁺简介'>1.3 稀土下转换发光材料Y₂O₃:Eu³⁺简介
• 2O₃:Eu³⁺的应用概述'>1.3.1 稀土下转换发光材料Y₂O₃:Eu³⁺的应用概述
• 2O₃:Eu³⁺的制备方法简介'>1.3.2 稀土下转换发光材料Y₂O₃:Eu³⁺的制备方法简介
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第二章 实验方法与性能表征
• 2.1 水热法制备稀土上转换发光材料
• 2.1.1 试剂及预处理
• 2.1.2 水热法制备稀土上转换发光材料工艺流程
• 2O₃:Eu³⁺发光材料'>2.2 水热法制备Y₂O₃:Eu³⁺发光材料
• 2.2.1 试剂及预处理
• 2O₃:Eu³⁺荧光粉的工艺流程'>2.2.2 水热法制备Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉的工艺流程
• 2.3 表征手段与测试方法
• 2.3.1 稀土发光材料的晶体结构分析方法
• 2.3.2 稀土发光材料的微观形貌观察手段
• 2.3.3 稀土发光材料的发光性能测试技术
• 4:Yb³⁺,Er³⁺荧光粉的水热法制备与性能表征'>第三章 NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺荧光粉的水热法制备与性能表征
• 3.1 实验部分
• 4:Yb³⁺,Er³⁺荧光粉的实验步骤'>3.1.1 水热法制备NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺荧光粉的实验步骤
• 4:Yb³⁺,Er³⁺性能的影响'>3.2 各种制备条件对荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺性能的影响
• 3.2.1 反应温度对荧光粉性能的影响
• 3.2.2 反应时间对荧光粉性能的影响
• 3.2.3 稀土离子添加量对荧光粉发光性能的影响
• 3.2.4 反应体系pH值对荧光粉性能的影响
• 4HF₂的用量对荧光粉性能的影响'>3.2.5 NH₄HF₂的用量对荧光粉性能的影响
• 3.2.6 NaF的用量对发光性能的影响
• 3.2.7 反应釜填充度对荧光强度的影响
• 3.2.8 水热反应产物进行热处理后发光性能分析
• 4:Yb³⁺,Er³⁺的荧光性能及上转换发光机理讨论'>3.3 NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺的荧光性能及上转换发光机理讨论
• 3.3.1 下转换荧光光谱测试及分析
• 3.3.2 上转换发光研究及机理讨论
• 4:Yb³⁺,Er³⁺微观形貌的影响'>3.4 络合水热法对荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺微观形貌的影响
• 4:Yb³⁺,Er³⁺性能影响'>3.4.1 EDTA络合水热法对合成荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺性能影响
• 4:Yb³⁺,Er³⁺性能影响'>3.4.2 柠檬酸钠络合水热法对合成荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Er³⁺性能影响
• 3.4.3 络合水热法合成样品的物相结构和发光性能分析
• 3.5 正交试验设计及试验结果分析
• 3.5.1 正交试验结果的极差分析
• 3.5.2 正交试验结果的方差分析
• 3.6 本章小结
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺荧光粉的水热法制备与性能表征'>第四章 NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺荧光粉的水热法制备与性能表征
• 4.1 实验部分
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺的实验步骤'>4.1.1 水热合成荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺的实验步骤
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺性能影响'>4.2 各种制备条件对荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺性能影响
• 4.2.1 反应温度对荧光粉性能的影响
• 4.2.2 反应时间对荧光粉性能的影响
• 4.2.3 稀土离子添加量对发光性能的影响
• 4.2.4 反应体系pH值对荧光粉性能的影响
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺的荧光性能及上转换发光机理讨论'>4.3 NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺的荧光性能及上转换发光机理讨论
• 4.3.1 下转换荧光光谱分析
• 4.3.2 上转换发光机理及过程讨论
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺微观形貌的影响'>4.4 络合水热法对荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺微观形貌的影响
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺性能影响'>4.4.1 EDTA络合水热法对合成荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺性能影响
• 4:Yb³⁺,Tm³⁺性能影响'>4.4.2 柠檬酸钠络合水热法对合成荧光粉NaYF₄:Yb³⁺,Tm³⁺性能影响
• 4.5 正交试验设计及试验结果分析
• 4.5.1 正交试验结果的极差分析
• 4.5.2 正交试验结果的方差分析
• 4.6 本章小结
• 2O₃:Eu³⁺荧光粉的水热法制备与性能表征'>第五章 Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉的水热法制备与性能表征
• 5.1 实验部分
• 2O₃:Eu³⁺荧光粉水热法制备实验步骤'>5.1.1 Y₂O₃:Eu³⁺荧光粉水热法制备实验步骤
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 水热反应条件对荧光性能的影响
• 3+离子浓度对荧光粉发光性能的影响'>5.2.2 Eu³⁺离子浓度对荧光粉发光性能的影响
• 5.2.3 热处理温度对荧光性能的影响
• 5.2.4 添加助熔剂对荧光粉荧光性能影响
• 5.3 本章小结
• 4晶体的生长机理探讨'>第六章 水热法制备NaYF₄晶体的生长机理探讨
• 4晶体的成核与生长机理'>6.1 水热条件下NaYF₄晶体的成核与生长机理
• 4晶核的成核模型'>6.1.1 NaYF₄晶核的成核模型
• 4生长过程'>6.1.2 水热条件下晶体NaYF₄生长过程
• 4晶体生长的影响'>6.2 水热反应条件对NaYF₄晶体生长的影响
• 6.2.1 反应温度的作用
• 4HF₂的用量和反应体系pH值'>6.2.2 NH₄HF₂的用量和反应体系pH值
• 6.2.3 络合剂的影响
• 6.3 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文及专利