Eu激活碱土铝酸盐长余辉材料的燃烧法合成及其性能研究

摘要

长余辉发光材料是指在阳光或紫外线的短时间照射后，在较长时间内仍能持续发光的材料。近年来，在紫-黄光范围内稀土离子Eu2+激活的碱土铝酸盐长余辉发光材料MAl2O4:Eu2+(M=Ca，Sr，Ba)已引起了众多学者的广泛研究。由于自身量子产率高、余辉时间长、化学稳定性好等优点，稀土金属离子(Eu2+)掺杂的铝酸盐长余辉发光材料得到了广泛深入的研究，并在高速公路、机场、建筑等的指示牌，发光陶瓷等领域得到了广泛应用。 高温固相法已广泛应用于磷光体的合成，但是这种方法经常会导致合成出的粉末发光性能受损，并且需要很高的煅烧温度。另外，用高温固相法合成出的磷光体粉末的粒径在几十个微米左右，较小的磷光体粉末的获得要通过球磨大颗粒粉末来得到，而实验表明，经过球磨发光体粉末会导致带来较多的缺陷，并且发光效率明显降低。随着材料科学技术的发展，一些软化学合成方法，诸如共沉淀法、溶胶-凝胶法、微波法及燃烧法已成功应用在SrAl2O4及其磷光体材料的合成。 所有这些方法均引入了液相，从而每种成分可以准确控制和充分混合。由于燃烧法具有容易、快捷的特点，因而在各种氧化物的合成中广泛应用。这种技术利用金属硝酸盐和燃料之间在低温下反应放出的热量使合成反应得以进行。另外，这种合成方法具有安全、速度快及节省能量的优点。 本文采用燃烧法制备出了发光亮度高、余辉时间长的Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+,CaAl2O4:Eu2+,Nd3+及SrAl2O4:Eu2+,Dy3+,Ho3+磷光体。运用X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱仪和屏幕亮度计对磷光体的晶体结构、形貌、激发和发射光谱以及余辉衰减曲线进行了分析与测试，并初步探讨了其发光机理。具体工作在于： 1.用燃烧法合成Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+的前驱体，然后在1300℃、N2保护下对前驱体后进行煅烧的方法首次合成了纳米级磷光体粉末Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+。分析表明合成出的粉末为Sr4Al14O25的单一相，粉末的平均粒径在20～40 nm范围内。与传统的高温固相法相比，发射主峰发生了蓝移，并且此方法合成出的粉末粒径更小。 2.通过正交实验法对Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+的燃烧法合成技术进行了优化。分析表明，选择合适的实验参数，具有优良发光性能的Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+磷光体粉末可以通过燃烧法合成。 3.用燃烧法合成了Eu2+，Nd3+共激活的铝酸钙长余辉发光粉。并系统研究了CaAl2O4:Eu2+,Nd3+长余辉材料的发光性能。 4.首次用燃烧法在600℃合成了具有高亮度和余辉性能优越的Eu2+,Dy3+,Ho3+共激活的铝酸锶长余辉发光材料。通过分析固体粉末的余辉性能，与传统的SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉材料相比，余辉性得到了提高。