先驱体转化法制备掺镨含铝硅基氮氧化物荧光粉及其发光性能

摘要

应用先驱体转化法制备稀土掺杂硅基氮氧化物荧光粉，可以改善传统的固相反应法所需要的高温高压等苛刻条件。掺镨含铝硅基氮氧化物红色荧光粉具有较好的发光稳定性及化学稳定性，在显示照明领域具有潜在的应用价值。目前，尚没有先驱体转化法制备掺镨含铝硅基氮氧化物红色荧光粉的报道，因此，有必要探讨先驱体转化法制备该荧光粉的合成工艺及参数。本论文采用聚碳硅烷、乙酰丙酮镨和乙酰丙酮铝为原料，通过聚合反应得到先驱体，在氨气中经氮化实现有机-无机转化，再经结晶制备掺镨含铝硅基氮氧化物荧光粉。系统研究了烧结温度、投料原子比、保温时间和分步研磨处理对掺镨含铝硅基氮氧化物荧光粉相结构、化学组成和发光性能的影响。
　　结果发现，有机-无机转化阶段发生在550-800℃，主要是氮取代碳的过程;不含铝的荧光粉主要由α-Si3N4和β-Si3N4两相组成，在235 nm激发下出现566 nm和610nm两个发射峰，在235nm激发下610nm处呈现两个微秒级寿命，烧结温度和镨含量对该荧光粉的结晶相和发光性能几乎没有影响，但对掺镨含铝硅基氮氧化物荧光粉影响显著。1550℃烧结时结晶相由Si2N2O和β-Si3N4组成，在235 nm和265nm激发下出现566nm和610nm的两个发射峰;在1600℃至1700℃烧结时以β-Si3N4为主相，在290 nm激发下具有623 nm的发射峰。当投料原子比是(Si+Al)∶Pr=(83+7)∶0.5时，发光强度最大。此外，保温时间和研磨处理也明显改变掺镨含铝硅基氮氧化物荧光粉的晶体结构与发光性能。在1600℃保温1h出现Si2N2O和β-Si3N4相，保温3h到7h以β-Si3N4为主相，发光性能明显改善。分步研磨处理导致荧光粉颗粒团聚严重，发光强度明显减弱，但是仍然在290nm激发下623nm处发红光，并存在两个微秒级寿命。
　　通过本论文工作，先驱体转化法制备稀土掺杂硅基氮氧化物荧光粉的最佳条件为:原子比(Si+Al)∶Pr=(83+7)∶0.5，烧结温度为1650℃，保温3h。得到的经验分子式为Si3.00Al0.20O0.30N3.00C0.03Pr0.02，主相是β-(Si，Al)3(O，N)4∶Pr，其质量分数为95.7％，空间群是P63，镨离子存在于晶格中，与相邻氮或氧形成三配位，镨离子可以由Pr-N，Pr-N/O和Pr-O三种键型组成。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 荧光粉概述

1．1．1 发光中心离子

1．1．2 基质材料

1．1．3 制备方法

1．1．4 结构与性能

1．2 掺镨荧光粉研究进展

1．2．1 含氧化合物基质

1．2．2 硅基氮氧化物基质

1．3 存在问题

1．4 本论文的研究目标及内容

第二章 实验材料、仪器及表征方法

2．1 材料及气体

2．2 制备方法

2．3 表征方法

2．3．1 仪器和设备

2．3．2 表征技术

第三章 结果与讨论

3．1 先驱体转化法制备掺镨硅基氮氧化物荧光粉的结构与性能

3．1．1 含镨先驱体的合成及氮化过程

3．1．2 烧结温度

3．1．3 投料比例

3．1．4 本节小结

3．2 先驱体转化法制备掺错含铝硅基氮氧化物荧光粉的结构与性能

3．2．1 烧结工艺

3．2．2 投料比例

3．2．3 本节小结

3．3 先驱体法制备掺镨含铝硅基氮氯化物的结构及性能

3．3．1 荧光粉晶体结构和化学组成

3．3．2 镨离子的表面化学键

3．3．3 本节小结

第四章 结论

第五章 对未来工作的建议

参考文献

硕士期间发表论文

致谢