铝酸盐的合成及发光性能研究

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随着社会的发展,人们对照明及显示亮度的需求越来越高,而在照明及显示技术中,荧光材料作为核心,对产品的性能具有决定性的影响。因此对荧光材料的研究开发也成为重中之重。当前应用比较广泛的荧光材料主要集中在铝酸盐、硅酸盐及新出现的(氧)氮化物体系。虽然对新型(氧)氮化物荧光材料开发正在不断扩充着发光材料的数量,但对传统铝酸盐、硅酸盐荧光材料制备技术的改进及性能优化依然是当前获得高性能发光材料的有效途径之一。由于传统铝酸盐种类繁多,彼此之间的相关性尚未有深入研究,因此,本文的主要工作就是致力于各类铝酸盐材料制备工艺及荧光性能的研究,以利于材料性能的改善和制备工艺的简化。首先,采用溶胶-凝胶法制备CaAl4O7:Eu3+,Tb3+,Ce3+荧光粉,并探究合成温度、稀土离子掺杂浓度和溶剂的种类的变化对荧光粉的晶体结构和发光性能的影响。XRD结果表明在800℃保温2小时的条件下可以CaAl4O7纯相。荧光光谱表明CaAl4O7:Eu3+在232nm的激发下,在614nm处有较强的发射峰对应于Eu3+离子的5Do→7F2跃迁,表明Eu3+占据的CaAl4O7中非对称的格位。CaAl4O7:Tb3+在220nm的激发下,在545nm处为最强的发射峰呈黄绿光发射对应于Tb3+离子的5D4→7F5跃迁。CaAl4O7:Ce3+在273nm的激发下,369nm处出现最强的发射峰对应于Ce3+的4f1→5d1跃迁。其次,采用溶胶-凝胶法在1000℃合成温度下制备Ca1-xSrxAl4O7:0.05Eu3+红色荧光粉。研究了 Sr2+的掺入和溶剂的种类对Ca1-xSrxAl407:0.05Eu3+荧光粉的晶体结构、形貌及发光性能的影响。XRD结果表明乙二醇和水作为溶剂在1000℃热处理温度下都能够使30%的Sr进入晶格,且晶格可以保持稳定,乙二醇为溶剂时Sr的掺杂量超过30%就会出现SrAl2O4相,水为溶剂时Sr的掺杂量超过30%会出现Sr3Al2O6、SrAl2O4、A12O3相。获得的最佳荧光粉Sr含量为30%。由于Sr2+引入使晶格膨胀,而Eu3+引入使晶格收缩,Sr的引入可以增大Eu离子进驻晶格的几率,在这种情况下,30%的Sr含量时,晶格保持原始物相,而不产生杂相,而使E u3+进驻晶格的有效浓度达到最大,因此使晶格上升到一个平台,而发光强度达到最大值。发光强度约是CaAl4O7:0.05Eu3+荧光强度的2-3倍。随着Sr2+离子取代Ca2+浓度的增加激发谱的峰位向右偏移,乙二醇为溶剂时发射谱的峰位没有偏移,水为溶剂时发射谱的峰位出现红移且加宽。同时Sr2+离子的加入对不同溶剂的样品形貌均有显著的影响,Sr2+的浓度越大荧光粉团聚的现象就越明显,乙二醇为溶剂制备的样品形貌为团聚的珊瑚形状,而去离子水为溶剂制备的样品形状为不均匀的块状结构且逐渐增大。采用这些方法,要合成BaAl4O7是比较困难的,通常会形成含有BaAl2O4和Al2O3的混合物,因此BaAl2O4在BaO-Al2O3体系中最稳定,也最方便获得。最后,采用固相法成功地制备了 BaAl2O4:Eu3+/Eu2+荧光粉,研究了氧化/还原气氛、合成温度、稀土离子掺杂浓度对荧光粉的晶体结构、形貌和发光性能的影响。实验结果表明热处理温度为650℃就可以合成BaAl2O4相,合成温度达到1 000℃时可以得到纯净的BaAl2O4粉末。荧光粉体的形貌为不规则的块状结构,直径从1微米变化到几微米,并且随着热处理温度升高,粒径逐渐长大。荧光光谱表明制得的BaAl2O4:Eu3+荧光粉的发射峰分别位于595、613、618nm处,其最强峰在595nm处对应于Eu3+的5D0→7F1跃迁,呈橙色光发射,613nm和618nm处也有较强的发射峰也可以表明Eu3+离子右据了较低对称性的钡位。其最佳合成温度为1 000℃。BaAl2O4:Eu2+荧光粉的发射峰位于497nm处对应于Eu2+的4f65d→4f7跃迁,呈绿色发光。其最佳合成温度为1200℃,二次热处理最佳温度为1000℃,Eu2+的最佳掺杂浓度为2%,与Dy3+共掺可显著提高发光强度及荧光寿命。
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