蓝色长余辉发光材料SrMgSiO：Eu，Dy的燃烧法合成与性能研究

摘要

以硅酸盐为基质的长余辉发光材料，发光颜色与铝酸盐体系形成互补，在紫外及可见激发光下具有很好的发光性质，而且在潮湿、高温、化学腐蚀环境下具有很好的稳定性，因而具有广泛的应用前景。 本论文采用燃烧法合成出了结晶性很好的焦硅酸盐颗粒，平均直径在21nm左右。通过荧光光谱等手段测试表明，该粉体的发光性能很好。同时，评价了影响发光材料发光性能的各影响因素，得出燃烧法合成Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+的最佳实验室条件。其最佳合成条件为：炉温为650℃，H3BO3与Mg(NO3)2的摩尔比为0.175∶1，尿素与硝酸盐的质量比为2.5∶1，Eu2+与Mg(NO3)2的摩尔比为0.035∶1，Dy3+：Eu2+的值为1∶1。 对Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+样品进行荧光光谱研究发现：激发光谱属于连续带状谱，激发峰位于352nm附近，并延伸至可见光的范围内；发射光谱是一宽带谱，峰值位于468nm处，是由于Eu2+的4f-5d跃迁导致的，发射光谱中只出现一个发射峰而没有Eu3+的特征发射峰，说明Eu3+在本样品的燃烧制备过程中已被还原为Eu2+。 Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+样品的X射线衍射结果表明：样品已生成Sr2MgSi2O7相，无论是激活剂Eu2+还是辅助激活剂Dy3+都未破坏Sr2MgSi2O7的晶体结构，而是取代了Sr2+离子的格位。Sr2MgSi2O7是镁黄长石结构的焦硅酸盐，属四方晶系结晶。由衍射峰的d-I数据计算其晶胞参数为a=7.95A，c=5.09A。 研究了不同硅基(镁基)原料及掺杂其它离子对Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+发光性能的影响，发现不仅硅基的纯度对发光材料的性能有影响，而且硅基的细度也至关重要，分析纯的不同镁基原料对发光产物的性能影响不明显。掺加Gd3+离子有助于发光材料余辉性能的提高，并且当Gd3+/Dy3+=3∶2时，亮度较不添加Gd3+的Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+有大辐提高，这是由于Eu2+与Gd3+之间存在能量传递作用。 最后探讨了Sr2MgSi2O7∶Eu2+,Dy3+的长余辉发光机理。

目录

文摘

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1长余辉发光材料概述

1.1长余辉发光的概念

1.2发光材料基础

1.3发光材料的主要发光性能

1.3.1激发光谱

1.3.2发射光谱

1.3.3发光亮度

1.3.4发光效率

1.3.5余辉衰减

1.3.6荧光淬灭

1.3.7斯托克位移和反斯托克位移

1.4稀土固体发光的长余辉效应

1.4.1稀土元素的电子层构型和价态

1.4.2稀土离子的光谱项

1.4.3稀土离子的能级跃迁

1.4.4晶体场对稀土离子跃迁的影响

1.5稀土蓝色长余辉发光材料的研究进展

1.5.1各类稀土蓝色长余辉发光材料

1.5.2稀土蓝色长余辉发光材料的制备

1.6本研究的思路和目标

2 Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+蓝色长余辉材料的制备

2.1实验设备及原材料

2.2合成工艺

2.3燃烧合成的一般工艺

2.3.1燃料的选择

2.3.2氧化剂与燃料的配比

2.4实验方案的设计

2.5性能测试

2.5.1激发光谱和发射光谱

2.5.2余辉衰减曲线测试

2.5.3 XRD分析

3蓝色长余辉发光材料Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+的制备影响因素及性能研究

3.1焦硅酸盐化合物的基本物理性质

3.2温度对磷光体发光性能的影响

3.2.1温度对磷光体余辉性能的影响

3.2.2激发光谱和发射光谱

3.3尿素的用量对磷光体发光性能的影响

3.4助熔剂(硼酸)的用量对磷光体发光性能的影响

3.5激活剂(Eu2+)的用量对磷光体发光性能的影响

3.6辅助激活剂(Dy3+)的用量对磷光体发光性能的影响

3.7最优合成条件下样品的XRD分析

3.7.1晶相分析

3.7.2晶胞参数的计算

3.7.3晶粒尺寸的计算

3.8最优合成条件下样品的光学显微分析

3.9本章小结

4不同硅基(镁基)原料及掺杂其它离子对Sr2MgSi2O7∶Eu2+，Dy3+发光性能的影响

4.1不同硅基原料对磷光体发光性能的影响

4.2不同镁基对磷光体发光性能的影响

4.3不同掺杂离子对磷光体发光性能的影响

4.3.1掺杂Cu+离子

4.3.2掺杂Sm3+离子

4.3.3掺杂Gd3+离子

4.4本章小结

5长余辉发光机理探讨

6结论

致 谢

参考文献

附 录