蓝色长余辉发光材料SrMgSiO：Eu，Dy的研制及其在发光陶瓷的应用

摘要

本论文主要采用固相法制备Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+蓝色长余辉发光材料，系统探讨发光材料基质、掺入离子浓度以及热处理工艺等对发光材料性能的影响，并研究了发光陶瓷的制备工艺。 对于稀土Eu2+/Dy3+共掺杂Sr2MgSi2O7体系发光材料，采用不同的热处理工艺改善长余辉发光材料发光性能，表明在1300℃保温3小时后的发光材料的初始余辉亮度最强：当Eu2+离子浓度为1.5mol％，Dy3+/Eu2+的摩尔比值为3时，可获得较高的初始余辉亮度；使用不同的含镁原料在不同热处理条件下对发光材料的性能也有影响，以4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O为原料，且在H2-N2气氛下二次热处理的发光材料的余辉强度较高；共掺杂离子Ce3+的浓度为0.5mol％时，可明显提高样品的余辉强度；为进一步优化其余辉性能，采用正交试验对影响长余辉发光材料发光性能的因素进行优化，掺入Eu2+离子浓度为1mol％、Dy3+/Eu2+摩尔比值为3、采用4MgCO3·Mg(OH)2·5H2O为含镁原料、助熔剂NH4Cl含量为5wt％、在空气氛中1300℃热处理3h之后在H2-N2气氛1280℃热处理3h，得到的样品的初始余辉强度为2110mcd/㎡，余辉时间超过20h；在Sr2MgSi2O7基质中引入不同含量Ca2+离子可使发光材料的发射峰从468nm红移至528nm，而引入不同含量Ba2+离子在Sr-Ba固溶范围内可使发光材料的发射峰从466nm蓝移至436nm。 在制备发光陶瓷釉的实验中，使用羧甲基纤维素钠(简称CMC)可明显提高发光陶瓷釉浆的分散性和黏附性，当CMC添加量为0.5wt％、球磨时间为20min、选用蒸馏水作为溶剂就可得到较好的釉面质量；长余辉发光材料在进行二次热处理过程中容易损失其发光性能，采用升温速率为10℃/min，C粉还原气氛热处理的样品余辉性能损失最少。在装饰性发光陶瓷釉的制备实验中，气相SiO2含量在4wt％范围以下，其含量对发光陶瓷的发光性能影响不大，当含量为2wt％时最有利于该施釉工艺的实施；发光陶瓷釉越厚，其发光性能越好，但考虑工艺实施及成型后陶瓷的美观状况，发光陶瓷釉的厚度确定为采用滚轮滚动两次所成的厚度。 针对实验中出现的影响长余辉性能的因素，本论文最后部分从晶体结构、能带理论、基质种类等因素对长余辉发光材料的发光机理进行了初步探讨。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1长余辉材料的研究背景

1.2长余辉发光材料的发光性能

1.2.1激发光谱

1.2.2发射光谱

1.2.3发光亮度

1.2.4发光效率

1.2.5余辉衰减

1.2.6荧光猝灭

1.2.7斯托克位移和反斯托克位移

1.3长余辉发光机理

1.3.1空穴转移模型

1.3.2"隧穿"模型

1.3.3双光子吸收模型

1.3.4位移坐标模型

1.3.5能量传递模型

1.3.6 VK模型

1.4常见的长余辉发光材料

1.4.1硫化物系列长余辉发光材料

1.4.2铝酸盐体系长余辉发光材料

1.4.3硅酸盐体系长余辉发光材料

1.5长余辉发光材料的应用

1.5.1发光陶瓷简介

1.5.2发光釉简介

1.6本论文研究内容

第二章制备工艺及表征方法

2.1 实验原料

2.2制备工艺

2.3发光材料的表征方法

第三章 硅酸盐蓝色长余辉发光材料的制备与性能表征

3.1不同热处理温度对Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+发光材料性能的影响

3.1.1晶体结构分析

3.1.2微观形貌观察

3.1.3发光性能检测

3.2不同保温时间制备的Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+发光材料的性能研究

3.2.1晶体结构分析

3.2.2微观形貌观察

3.2.3发光性能检测

3.3激活剂Eu掺杂量对Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+发光材料性能的影响

3.3.1晶体结构分析

3.3.2微观形貌观察

3.3.3发光性能检测

3.4不同Dy/Eu比值对Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+发光材料性能的作用

3.4.1晶体结构分析

3.4.2微观形貌观察

3.4.3发光性能检测

3.5 NH4CI的加入量对Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+发光材料性能的影响

3.5.1晶体结构分析

3.5.2微观形貌观察

3.5.3发光性能检测

3.6不同含镁原料对Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+发光材料性能影响的比较

3.6.1晶体结构分析

3.6.2微观形貌观察

3.6.2发光性能检测

3.7发光材料Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+，RE3+的性能研究

3.7.1共掺杂稀土离子Nd3+对发光材料性能的影响

3.7.2共掺杂稀土离子Ce3+对发光材料性能的影响

3.8发光材料Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+，Ce3+的正交试验

3.8.1发光材料Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+的正交试验

3.8.2发光材料Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+，Ce3+的正交试验

3.9发光材料Sr1.94-xMxMgSi2O7：Eu2+，Dy3+的性能研究

3.9.1发光材料Sr1.94-xCaxMgSi2O7：Eu2+，Dy3+的性能研究

3.9.2发光材料Sr1.94-xBaxMgSi2O7:Eu2+，Dy3+的性能研究

3.10本章小结

第四章发光陶瓷釉的制备及应用

4.1发光陶瓷制备工艺流程

4.2原料分析

4.3釉面的改善效果

4.3.1 CMC添加量对釉面的改善效果

4.3.2球磨时间对釉面的改善效果

4.3.3不同溶剂对釉面的改善效果

4.4升温速率对发光陶瓷余辉强度的影响

4.5热处理气氛对发光陶瓷余辉强度的影响

4.6不同发光材料制备的发光样品的夜晚效果照片

4.7本章小结

第五章装饰性发光陶瓷手绘釉的制备及应用

5.1装饰性发光陶瓷釉的制备

5.2成型用滚轮模具

5.3气相SiO2含量对成型效果的影响

5.4气相SiO2含量对发光样品初始余辉亮度的影响

5.5釉面厚度对样品余辉性能的影响

5.6不同种类发光材料的发光陶瓷夜间效果照片

5.7本章小结

第六章蓝色长余辉发光材料的发光机理探讨

6.1引言

6.2 Eu2+离子的发光机理

6.2.1稀土Eu2+离子的能级跃迁

6.2.2 Eu2+离子浓度对蓝色长余辉材料发光性能的影响

6.3辅助激活剂对蓝色长余辉材料余辉性能的影响

6.4不同基质材料对焦硅酸盐长余辉发光材料性能的影响

结论

参考文献

致 谢

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