碱土金属硫化物的制备与表面包覆

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyr1234
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碱土金属硫化物是一类具有独特物理化学性质的优秀发光材料,在离子交换、光催化、吸附、半导体及非线性光学等领域都具有潜在的应用价值。然而,碱土金属硫化物稳定性不佳,遇水分解的问题非常突出,导致该材料在很多情况下失去效果。因此,如何制备高质量的碱土金属硫化物发光材料以及提高其耐候性成为发光材料领域的热门话题。采用溶胶-凝胶法、溶剂热和微乳液等多种方法已成功地制备出碱土金属硫化物纳米材料,但这些方法制备的纳米材料通常需要通过马弗炉高温煅烧或其他后处理工艺,使得制备过程复杂、耗能高、产物易团聚。为此,本文希望通过简单的高温共沉淀法制备碱土金属硫化物纳米颗粒,在此基础上研究惰性Si O2壳层包覆及其对稳定性和耐候性的影响;同时,采用外延法在微米碱土金属硫化物颗粒表面生长Ca F2壳层,提高其稳定性。本文主要工作如下:(1)采用二苯基硫脲和醋酸盐作为前驱体,通过高温共沉淀法在油相体系成功合成了颗粒尺寸均匀的单分散球形CaS:0.10%Ce3+纳米荧光粉,系统研究了合成过程中使用不同油酸/油胺(OA/OAM)比值(2/12、3/11、4/10)对CaS:0.10%Ce3+荧光粉粒径和发光强度的影响。OA/OAM比值对纳米颗粒的粒径和发光性能有重大影响:其他条件不变,当OA/OAM比值为2/12时,制得的立方相CaS:0.10%Ce3+颗粒结晶性能最佳,粒径约25 nm;且OA/OAM=2/12时制备的样品,其荧光发射强度比OA/OAM=4/10时制备的样品提升了77%。进一步详细研究了合成过程中OA/OAM比值为2/12时,不同Ce3+离子掺杂浓度对CaS:Ce3+的形貌和发光性能的影响。通过对CaS:Ce3+光谱特性的测试发现,其激发光谱为峰值波长460 nm的宽带,在460 nm蓝光激发下,CaS:Ce3+呈现峰值波长508 nm的绿光宽带发射。CaS:0.40%Ce3+的发射强度最大,当Ce3+浓度超过0.40%时,发生浓度猝灭。(2)在高温共沉淀法合成CaS:Ce3+纳米荧光粉的基础上,以正硅酸乙酯为硅源,通过水解法在CaS:Ce3+纳米荧光粉表面成功包覆厚度为2-3 nm的无定形Si O2壳层。通过红外光谱、X射线能谱和透射电镜分析,证明了成功包覆Si O2壳层。通过对比包覆与未包覆样品泡水前后的发射光谱来验证CaS:Ce3+@Si O2的耐候性。测试结果显示,泡水4 h后,未包覆的CaS:Ce3+纳米颗粒的发射强度降低了79%,而包覆后的CaS:Ce3+@Si O2仅降低10%。与未包覆的CaS:Ce3+相比,CaS:Ce3+@Si O2荧光粉的耐候性明显提高。(3)以Ca(CF3COO)2为前驱体,采用外延法成功在(Ca,Sr)S:Eu2+红色商业荧光粉表面生长了厚度约为13 nm的Ca F2外延层。对(Ca,Sr)S:Eu2+@Ca F2的发光特性进行了研究。发现包覆后的商业荧光粉(Ca,Sr)S:Eu2+的红光发光强度提高40%,因为Ca F2外延层能减少荧光粉表面缺陷数量,进而抑制Eu3+发光中心的荧光猝灭。光照实验表明,同时暴晒9天后,未包覆的(Ca,Sr)S:Eu2+的发射强度降低了66%,而(Ca,Sr)S:Eu2+@Ca F2的几乎没变。泡水结果表明,同时泡水30分钟,(Ca,Sr)S:Eu2+的发射强度降低了59%,而(Ca,Sr)S:Eu2+@Ca F2的仅降低了31%。
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