长余辉蓝色发光材料Sr2MgSi2O7和红色荧光材料CaAl12O19的制备及发光性能研究

摘要

Eu2+激活的铝酸盐和硅酸盐体系的长余辉荧光粉是目前性能最好的两种发光材料，其具有代表的是：发黄绿光的长余辉荧光粉SrAl2O4:Eu2+,Dy3+和发蓝光的长余辉荧光粉Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+，它们都具有余辉时间长、发光亮度大、化学稳定性好、无辐射、无毒等优点。对这两个体系相比较，铝酸盐体系的长余辉荧光粉具有遇水不稳定的缺点，而硅酸盐体系的长余辉荧光粉恰能克服这一点，但其发光亮度却不如前者。另一方面，二氧化硅作为制备硅酸盐体系的原料之一，其廉价、易得，并且烧结的温度也要比铝酸盐体系低100℃以上，在金融经济危机的今天，硅酸盐体系的长余辉荧光粉更具发展潜力。
　　另一方面，一种新型的以 GaN为衬底近紫外激发的白色 LED节能灯(NUV-LED)正逐步受到人们的关注。这种白色节能灯的激发峰位于400nm附近，因此传统的蓝粉BaMgAl10O17:Eu2+，绿粉LaPO4:Tb3+,Ce3+,红粉Y2O3:Eu因其激发谱为253.7nm显然不再合适作为NUV-LED的荧光粉。经过人们不懈地努力，找到了激发峰位于400nm附近的三基色荧光粉：蓝粉为(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2:Eu2+,绿粉为ZnS:Cu,Al和红粉为La2O2S:Eu3+。然而，基于这三基色粉的NUV-LED发光效率却低于30Lm.W-1,其原因恰是La2O2S:Eu3+粉较低的发光色度。为了解决这一问题，人们把目光转向CaAl12O19:Mn4+,虽然这种红粉的发光效率无法与Y2O3:Eu匹敌，但是相比于 La2O2S:Eu3+，它的发光效率已经有较大的提升，因此有必要对CaAl12O19:Mn荧光粉做进一步的研究。
　　本论文主要采用高温固相法制备Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料和CaAl12O19:Mn4+红色荧光材料。对于Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+蓝色长余辉发光材料，本文系统地探讨了合成温度、Eu2O3掺杂量、Dy2O3掺杂量和硼酸含量对发光材料性能的影响，进而推测长余辉发光材料的余辉机理。结果表明：在合成温度方面，当硼酸含量为15mol％并且合成温度达到1200℃时，得到的Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉与标准 PDF卡片(JCPDS Cards No.75-1736)相符合，这说明了Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的合成温度需要达到1200℃以上。随着温度的进一步升高，Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的发光强度呈现增强趋势，但余辉性能呈现逐渐减弱。本文是将余辉性能作为第一考核标准，因此选择合成温度为1200℃。除此之外，当Eu2O3掺杂量为2mol%，Dy2O3掺杂量为1mol%，硼酸含量为15mol%时，制备出的Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉性能达到最佳。在第四章中，本文根据第三章的实验结果，对长余辉发光材料的发光机理进行了初步探讨。
　　对于CaAl12O19:Mn4+红色荧光材料，本文系统地探讨了合成温度和Eu2O3掺杂量对荧光材料发光性能的影响。结果表明，当合成温度在1560℃时，得到的CaAl12O19:Mn4+红色荧光材料与标准PDF卡片(JCPDS Cards No.84-1413)相符合。在CaAl12O19:Mn4+红色荧光材料中掺杂Eu2O3对其发光性能有较大的提升，并且当Eu2O3掺杂量在0.8mol%时CaAl12O19:Mn4+红色荧光材料发光性能达到最佳。
　　在最后总结部分，我们有一个非常有意思的发现，观察到Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的发射谱峰与 CaAl12O19:Mn4+红色荧光材料激发谱峰几乎位于同一波长，那么我们试想着在后续的工作中将Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉作为CaAl12O19:Mn4+红色荧光材料的激发源，从而实现 CaAl12O19:Mn4+红色荧光材料具备长余辉性能。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2发光材料概述

1.3光致发光机理概述

1.4光致发光材料类型之一：长余辉荧光材料

1.5光致发光材料类型之二：灯用荧光粉

1.6光致发光粉的制备方法

1.7本课题的研究内容和目的

第二章 实验方案设计与研究方法

2.1实验原料

2.2实验仪器与设备

2.3实验方案

2.4分析测试

第三章 高温固相法制备Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+及其性能研究

3.1引言

3.2高温固相法烧结Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+荧光粉机理

3.3 Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的制备

3.4合成温度对Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的影响

3.5Dy2O3掺杂量对Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的影响

3.6 Eu2O3掺杂量对Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的影响

3.7 H3BO3掺杂量对Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的影响

3.8 小结

第四章 长余辉发光机理探讨

4.1 发光材料的发光及长余辉机理

4.2 焦硅酸锶系列长余辉发光机理

第五章 高温固相法制备CaAl12O19:Mn及其性能研究

5.1 引言

5.2 CaAl12O19:Mn4+荧光粉的制备

5.3 合成温度对CaAl12O19:Mn4+荧光粉的影响

5.4 Eu2O3掺入量对CaAl12O19:Mn4+荧光粉荧光光谱的影响

5.5 小结

第六章 结论与展望

6.1Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉荧光粉的发光性能

6.2CaAl12O19:Mn4+红色荧光粉的发光性能

6.3影响Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+发光性能的重要因素

6.4影响CaAl12O19:Mn4+荧光粉发光性能的重要因素

6.5展望

参考文献

致谢

附 录

作者在读期间发表的学术论文