蓝色长余辉发光材料SrAlO:Eu,Dy的制备及发光特性

摘要

稀土激活碱土金属铝酸盐发光材料是20世纪90年代发展起来的新型发光材料。被广泛用于紧急照明、军事和工艺美术等方面。由于目前工业化生产多数为黄绿色或蓝绿色，这些材料的发光颜色过于单一，已不能满足人们的需求。目前，具有优良余辉性能的蓝色铝酸盐长余辉发光材料已成为研究热点，而SrAl4O7:Eu2+作为一种蓝色长余辉发光材料，具备铝酸盐长余辉发光材料的优良特性，越来越受到人们的重视。
　　 本文以SrCO3、Al(OH)3、Eu2O3、Dy2O3、H3BO3为原料，采用高温固相法制备了SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料，利用XRD表征发光粉的晶体结构、利用荧光分光光度计和照度计测试发光粉的发射峰值和余辉特性。详细研究了Al/Sr摩尔比、烧结温度、升温速率、Eu2+掺杂浓度、Dy3+掺杂浓度、H3BO3掺杂量对SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的物相组成和发光性能的影响，考查了SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的最佳合成工艺，并探讨了xSrO·yAl2O3:Eu2+,Dy3+体系的余辉机理。
　　 实验结果表明，Al/Sr摩尔比、烧结温度、升温速率严重影响着SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的物相组成。Al/Sr摩尔比在3.5到4.3的范围内，样品的物相按Sr4Al14O25→SrAl4O7→SrAl12O19的顺序变化，当Al/Sr摩尔比为3.9时，合成的发光粉主相为SrAl4O7。当烧结温度从1300℃升高到1500℃时，样品的物相由富锶相逐渐向富铝相转变，在1400℃时样品的主相变为SrAl4O7。当升温速率按2～6℃/min变化时，样品的物相按SrAl12O19→SrAl4O7→Sr4Al14O25的顺序变化，以4℃/min升温到1400℃时，得到发光粉的主相为SrAl4O7。
　　 Eu2+掺杂浓度的变化不影响SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的物相组成。随着Eu2+掺杂浓度的增加，样品的初始亮度和余辉时间先增大后减少。当Eu2+的掺杂量的摩尔分数为Sr的3[％]时，样品的初始亮度最高，余辉时间最长。随着Dy3+的掺杂浓度的增加，样品的初始亮度和余辉时间的变化表现为先增大后减少，当Dy3+的掺杂量的摩尔分数为Sr的3[％]时，样品的发光性能最好。
　　 助熔剂H3BO3的掺杂浓度对SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的物相组成及发光性能有很大的影响。结果表明，H3BO3的加入量为Al摩尔分数的5[％]时，有助于SrAl4O7相的合成，同时提高了SrAl4O7:Eu2+,Dy3+的初始亮度和余辉时间。
　　 经对比实验，确定了高温固相法制备SrAl4O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料的最佳配方：Sr0.94Al3.9O7:0.03Eu2+,0.03Dy3+，助熔剂H3BO3掺杂量的摩尔分数为Al的5[％]；最佳工艺参数：烧结温度为1400℃，升温速率为4℃/min，恒温时间为2小时。样品的发射峰位于480 nm，余辉时间为586 min(≥1mcd/m2)，初始亮度为12230 mcd/m2。
　　 根据电子-空穴理论结合能带传输模型，探讨了铝酸锶长余辉发光材料的余辉机理，本文提出一种新的电子传输模型，该模型合理解释了Eu2+、Dy3+和B3+共掺杂铝酸锶长余辉发光材料基质中Eu2+的 → 跃迁所产生的长余辉现象。