Sm3+、Dy3+离子掺杂形貌可控的NaRE(MoO4)2(RE=La,Gd)荧光粉的制备及其发光性能研究

摘要

稀土离子掺杂金属钼酸盐体系因具有优异的物理化学特性、无毒、无污染以及较低的声子能量使得量子产率较高等优点，已经成为发光产业中一类的重要发光材料。近年来，合成形貌规整、尺寸均一、粒度均匀，以及性能优异的钼酸盐发光材料仍是研究的热点。由于材料的形貌、维度、尺寸受很多因素的影响，如合成方法、初始溶液的pH值、反应时间、反应温度、模板以及添加剂等等。因此，在制备高效的发光材料的过程中，合理的控制各个因素是尤为主要的。本文主要工作是采用温和的水热法，在没有任何模板、表面活性剂等添加剂的条件下，制备了一系列形貌不同的钼酸盐荧光粉，深入探究了不同形貌的形成机理以及不同的反应条件对产物的形貌和发光性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴采用水热法在180℃下反应12 h制备单分散椭球形NaLa(MoO4)2:Sm3+微粒，且不添加任何模板、有机试剂等。通过设计的时间依赖实验，提出了一种椭球形可能的形成机理。研究结果表明，初始溶液的pH值对样品的纯度、物相结构以及形貌有很大影响。不同pH值，水热反应时间以及Sm3+掺杂浓度均对产物的光学性能有重要影响。Sm3+的摩尔掺杂浓度为3％时，样品的特征发射峰强度达到最大值；继续增加Sm3+掺杂浓度，发射峰强度降低，发生了浓度猝灭效应，根据相关理论和实验数据计算得出 Sm3+猝灭机理归结为电偶极-电偶极相互作用以及Sm3+离子间的4G5/2+6H5/2→6H9/2+6H9/2交叉弛豫过程。在近紫外光激发下，所得到的椭球形NaLa(MoO4)2:Sm3+荧光粉发出强烈的红光，因此其可能在场发射装置，固体照明以及光电子装置领域中有潜在应用价值。⑵采用无任何添加剂的水热法合成了形貌可控的NaGd(MoO4)2:Sm3+晶体。通过改变初始溶液的pH值实现了对样品形貌的调控，当pH值从3.5增加到7.0，样品的形貌从截面八面体逐渐演变为四方盘、无夹心四方三明治、梭形，以及最后的不规则片状结构。根据时间依赖实验，提出了一种四方盘的可能形成机理。此外还研究了不同形貌的样品及其 Sm3+掺杂浓度对样品发光性能的影响。当 pH=4.5，形貌为四方盘的样品呈现出了最强的红光发射。⑶采用水热法合成了Dy3+/Sm3+掺杂NaGd(MoO4)2八面体荧光粉。通过粉末X射线衍射仪、SEM以及荧光分光光度计等表征手段，测得样品的物相结构、形貌、颗粒尺寸以及发光性能。当pH=5，反应时间为12 h时，得到了均一的，完美的，单分散性良好的八面体NaGd(MoO4)2:Sm3+, Dy3+晶体颗粒。同时由一系列的时间依赖实验，提出了八面体的形成机理。根据 Dy3+离子的发射光谱，探讨了 Dy3+离子浓度对发光性质的影响，得到了Dy3+离子浓度猝灭的机理为电偶极-电偶极相互作用。在Dy3+，Sm3+共掺荧光粉的发射光谱中，同时出现了Dy3+和Sm3+的特征发射峰，并且随着Sm3+离子浓度的增加，Dy3+的发射强度逐渐降低，而Sm3+的发射强度逐渐增加。由荧光衰减曲线可知， Dy3+离子的荧光寿命随 Sm3+的浓度的增加而减小，因此得到 Sm3+，Dy3+共掺荧光粉中的能量传递是从Dy3+传递给Sm3+。⑷采用微波辅助溶胶-凝胶法合成了类球形NaLa(MoO4)2:Sm3+红色荧光粉。当煅烧温度为700℃以上时，前驱体为NaLa(MoO4)2的纯相；煅烧温度为800℃时，煅烧所得样品呈类球形形貌，粒度均匀，尺寸约为700~800nm；所合成的NaLa(MoO4)2:Sm3+主要的激发峰位于307nm、364nm、377nm、405nm、469nm处，其中最强的激发峰位于405nm；发射光谱主要由571nm、607nm、647nm处的三个发射峰组成，分别对应Sm3+的G5/2→6H5/2、4G5/2→6H7/2、4G5/2→6H9/2跃迁，其中最强发射峰位于647nm处，说明样品在紫外、近紫外及蓝光区均可被激发，且发出红光。当煅烧温度为800℃，Sm3+掺杂浓度为0.04时，样品发光强度最大。

目录

声明

第1章 前 言

1.1 照明光源发展概述

1.2 稀土发光材料概述

1.3 稀土发光材料的制备方法

1.4 研究课题的提出及目的意义

1.5 主要研究内容及创新点

第2章 椭球形NaLa(MoO4)2:Sm3+红色荧光粉的合成及发光性质

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 结论

第3章 形貌可调的NaGd(MoO4)2:Sm3+红色荧光粉的合成及发光性质

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 结论

第4章 八面体形NaGd(MoO4)2:Dy3+/Sm3+白色荧光粉的合成及发光性质

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 结论

第5章 类球形NaLa(MoO4)2:Sm3+红色荧光粉的合成及发光性质

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 结论

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的科研成果