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稀土磷酸盐荧光材料因具有良好的热稳定性、高发光强度和高量子效率,而广泛应用于紧凑型荧光灯、阴极射线管(CRT)和等离子体平板显示(PDP)等重要场合。近年来的研究表明,纳米荧光粉有望在高分辨显示领域中得到广泛应用,而受到越来越多的关注。本文系统研究了铈、铽共掺的磷酸镧(LaPO4:Ce3+,Tb3+)和铕激活的钒磷酸钇(Y(V,P)O4:Eu3+)两种重要纳米荧光粉的水热合成及其发光性能,同时讨论了LaPO4:Ce3+,Tb3+纳米荧光粉的稳定性等重要问题。
水热法是一种理想的LaPO4:Ce3+,Tb3+(LAP)纳米荧光粉的合成方法,但从未有人公开报道LAP纳米荧光粉在水热合成过程中因氧化而导致发光强度大幅降低的问题及其解决方案。本文首先明确证明LAP纳米荧光粉中Ce3+在水热过程中存在严重氧化,并提出以水合肼为保护剂的水热工艺,以阻止Ce3+在水热过程中的氧化。性能分析表明:用该工艺合成的LAP纳米荧光粉具有很高的发光强度,是相同条件下采用普通水热法合成荧光粉的20倍,并且强度最高的La0.4Ce0.4Tb0.2PO4纳米荧光粉与传统的La0.4Ce0.2Tb0.1PO4微米粉的发光强度相当。
LAP微米粉具有很好的热稳定性,但到目前为止还没有人公开报道过有关LAP纳米荧光粉的稳定性。本文以La0.85Ce0.1Tb0.05PO4纳米荧光粉为例,通过分析其在不同温度(30、60、100、150和200℃)下暴露在空气中不同时间(1、3、5、7和60天)后发光强度的变化,来研究它的氧化行为。光致发光(PL)光谱表明,LAP纳米荧光粉在空气中存在严重的发光衰减。综合应用PL谱和χ射线光电子能谱(XPS)分析表明,该发光衰减是山Ce3+、Tb3+离子分别被氧化为Ce4+、Tb4+离子引起的。由此可得,要使LAP纳米荧光粉在工业上得到实际应用,必须对其采取适当的保护措施。本文尝试通过在LAP荧光粉表而生成一层LaPO4保护层,结果表明其稳定性有了一定的提高。
采用简单的水热法合成单相的YV1-xPxO4:Eu3+(x=0~1)纳米荧光粉。χ射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)测试结果表明,其品格常数随x呈近似线性关系,遵循Vegard’s规则,即V原子和P原子可以以任意比例互相替代;随着x的增火,纳米产物的形貌由颗粒状逐渐转变为棒状。PL光潜表明,YV1-xPxO4:Eu3+的发光性能(包括发光强度、5D0→7F2/5D0→7F1红橙比等)对x比较敏感,Eu3+离子的5D0→7F2(620纳米)跃迁峰的发光强度随x呈波浪型曲线变化,峰值处x分别取0.4和0.8。
本文采用水热法合成了高亮度LaPO4:Ce3+,Tb3+绿光荧光粉和YV1-xPxO4:Eu3+红光荧光粉,并对它们的发光性能及其稳定性等重要问题作了系统探讨。因此,本文的工作对稀土磷酸盐纳米荧光粉的研究与应用具有一定的参考价值。