锶铝酸盐长余辉发光材料的合成、发光性能及其应用研究

摘要

本文系统地概述了长余辉发光材料的研究进展、碱土铝酸盐长余辉发光材料的制备方法以及碱土铝酸盐长余辉发光材料的应用研究。系统地研究了超细铝酸锶长余辉发光材料的三种合成方法，即化学共沉淀法、微乳液与共沉淀耦合法、燃烧合成法，分析了影响合成样品相组成及发光性能的各种因素，探讨了铝酸锶长余辉发光材料的发光机理。研究了SrAl<,2>O<,4>：Eu<'2+>，Dy<'3+>长余辉发光材料的力致发光性能、表面包覆改性及其在涂料中的应用等。本论文也为其它长余辉发光材料的研究和应用提供了一定的理论、工艺等依据。 化学共沉淀法合成SrAl<,2>O<,4>：Eu<'2+>，Dy<'3+>超细发光粉体的研究表明，前驱体的最佳合成条件是反应体系的pH值为10左右，陈化时间为24h，此时得到的前驱体颗粒呈球状，粒度比较均匀，粒径较小，约为50nm左右。在1000℃将前驱体加热2h后开始有SrAl<,2>O<,4>晶相生成，在1200℃～1250℃加热2h后即可获得纯相的SrAl<,2>O<,4>多晶粉体。其粒径和形态随助熔剂H<,3>BO<,3>掺入量的不同而异，H<,3>BO<,3>掺入量增大，会导致粉体粒径的增大，但同时也能有效改善粉体的长余辉发光性能。在化学共沉淀过程中加入少量的葡萄糖有利于前驱沉淀物和发光粉的细化，并在前驱物焙烧还原阶段提供一定的还原气氛，可使Eu<'3+>更好地还原为Eu<'2+>，提高发光粉的发光效果。 SrAl<,2>O<,4>：Eu<'2+>，Dy<'3+>相组分比例与长余辉发光性能的关系研究表明，富Sr的SrAl<,2>O<,4>晶相中，Eu<'2+>、Dy<'3+>较难进入Sr<'2+>的晶格位置，晶格中发光中心Eu<'2+>浓度、陷阱密度与深度都比富Al的SrAl<,2>O<,4>晶相低，使得粉体发光强度较低，余辉时间较短。Eu<'2+>不仅是发光中心，同时也是余辉的发光中心；Dy<'3+>掺杂量越高，余辉亮度越大，余辉寿命越长。H<,3>BO<,3>能有效改善SrAl<,2>O<,4>：Eu<'2+>，Dy<'3+>发光粉发光强度，延长余辉时间。H<,3>BO<,3>的掺入不仅降低固相反应能垒，加快固相反应速度，还能促使稀土掺杂离子进入晶格，使发光中心离子和陷阱浓度增加。同时由于占据AI<'3+>晶格位置的B<'3+>有较高的电负性，使陷阱深度加大，余辉寿命延长。 用电子迁移模型解释了长余辉发光机理。该机理认为：光激发导致发光中心Eu<'2+>(Eu<'×> <,Sr>)发生光电离，产生电子与空穴对，其中空穴是介稳态的Eu<'3+>(Eu<'*> <,Sr>)；产生的电子直接或通过导带被电子陷阱Dy<'*><,Sr>俘获，稀土镝离子从Dy<'3+>变成介稳态的Dy<'2+>(Oy<'×> <,Sr>)，同时空穴通过价带被空穴陷阱V

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1长余辉发光材料的研究进展

1.1.1硫化物长余辉发光材料的研究进展

1.1.2 Eu2+离子掺杂碱土铝酸盐长余辉发光材料的研究进展

1.1.3硅酸盐及其它体系长余辉发光材料的研究进展

1.1.4各种长余辉发光材料的发光性能

1.1.5长余辉发光涂料的研究进展

1.2碱土铝酸盐长余辉发光材料的制备工艺

1.2.1高温固相反应法

1.2.2化学沉淀法

1.2.3溶胶-凝胶法

1.2.4燃烧合成法

1.2.5水热合成法

1.2.6微波辐射合成法

1.3稀土激活铝酸盐长余辉发光材料的发光机理

1.3.1稀土离子的能级

1.3.2辐射跃迁选择定则

1.3.3 Eu2+离子的发光

1.3.4复合发光

1.3.5热释发光

1.3.6稀土激活长余辉发光材料的发光模型

1.4碱土铝酸盐长余辉发光材料的应用

1.5碱土铝酸盐长余辉发光材料的研究方向与展望

1.6本课题的目的意义及研究内容

1.6.1课题的目的意义

1.6.2研究内容

第二章SrAl2O4：Eu,Dy的化学共沉淀法制备及其发光性能研究

2.1引言

2.2原料及实验条件

2.2.1原料

2.2.2实验设备

2.3样品制备

2.3.1前驱体制备

2.3.2前驱体的焙烧与还原

2.3.3制备工艺流程

2.4样品表征

2.5结果与讨论

2.5.1前驱体的组成和微观形貌分析

2.5.2合成样品的相组成和微观形貌分析

2.5.3 SrAl2O4晶相组分比率对SrAl2O4：Eu,Dy发光性能的影响

2.5.4 Eu2+、Dy3+的在SrAl2O4：Eu2+，Dy3+发光材料中的作用

2.5.5 H3BO3添加剂在发光材料中的作用及机理

2.5.6长余辉发光机理

2.6本章小结

第三章Sr4Al14O25：Eu,Dy的化学共沉淀法制备及其发光性能研究

3.1引言

3.2原料及实验条件

3.2.1原料

3.2.2实验设备

3.3样品制备

3.4样品表征

3.5结果与讨论

3.5.1前驱体粉末的红外光谱分析

3.5.2发光粉体的相组成分析

3.5.3发光粉及其前驱体的显微形貌与粒径分析

3.5.4发光粉体的发光特性

3.6本章小结

第四章微乳液与共沉淀耦合法制备SrAl2O4：Eu,Dy纳米发光材料

4.1引言

4.2微乳液简介

4.2.1微乳液与普通乳状液的比较

4.2.2 W/O型微乳液的组成、微观结构及特征参数

4.2.3微乳液的性质

4.2.4微乳液的制备方法

4.3微乳液与共沉淀耦合法的基本原理

4.4微乳液与共沉淀耦合法制备SrAl2O4：Eu2+，Dy3+纳米发光材料及其发光性能

4.4.1原料及实验条件

4.4.2样品制备

4.4.3样品表征

4.4.4结果与讨论

4.5本章小结

第五章燃烧合成法制备SrAl2O4：Eu，Dy纳米长余辉发光材料

5.1引言

5.2燃烧合成反应的基本原理

5.3原料及实验条件

5.3.1原料

5.3.2实验设备

5.4样品制备

5.4.1前驱物的制备

5.4.2样品的燃烧合成

5.5样品表征

5.6结果与讨论

5.6.1硝酸用量的确定

5.6.2水用量的确定

5.6.3尿素用量的确定

5.6.4燃烧反应气氛环境对合成产物发光效果的影响

5.6.5助熔剂用量对合成产物发光性能的影响

5.6.6燃烧引发温度对合成产物的影响

5.6.7燃烧合成产物的形貌及粒径分析

5.6.8稀土离子对合成产物发光性能的影响

5.7本章小结

第六章 SrAl2O4：Eu，Dy发光材料的力致发光性能研究

6.1引言

6.2 SrAl2O4：Eu，Dy发光材料的力致发光性能研究

6.2.1实验原料

6.2.2样品制备

6.2.3实验方法

6.2.4结果与讨论

6.3本章小结

第七章蓄能型超长余辉发光涂料的制备及性能研究

7.1引言

7.2蓄能型发光涂料的构成与种类

7.2.1蓄能型发光涂料的主要成分

7.2.2蓄能型发光涂料的种类

7.3蓄能型超长余辉发光涂料的原材料选取原则

7.3.1发光颜料的选择

7.3.2成膜物的选择

7.3.3填料的选择

7.3.4助剂的选择

7.4 SrAl2O4：Eu2+，Dy3+发光颜料的表面处理

7.4.1发光颜料表面处理的类型

7.4.2 SrAl2O4：Eu2+，Dy3+发光颜料的Al2O3-SiO2复合包膜

7.5聚乙烯醇水性透明蓄能发光涂料的制备与表征

7.5.1实验原料及设备

7.5.2发光涂料的制备

7.5.3结果与讨论

7.6苯丙乳液水性透明蓄能发光涂料的制备与表征

7.6.1实验原料及仪器设备

7.6.2发光涂料的制备

7.6.3结果与讨论

7.7本章小结

第八章结论与展望

8.1主要结论

8.2研究展望

参考文献

攻读博士学位期间发表论文

攻读博士学位期间参加科研项目

致谢