硅酸盐系长余辉光致发光材料的制备与研究

摘要

稀土长余辉发光材料以其发光性能稳定、高效、亮度大、无放射性、耐候性好等多种优点而在能源紧缺的当今倍受关注。本实验分别采用高温固相法和溶胶-凝胶法合成了硅酸盐系长余辉发光材料，并通过掺杂剂的改变和微观分析等手段，着重对材料的结构和发光性能进行了系统研究，对发光机理进行了初步探讨。 采用高温固相法和溶胶-凝胶法在弱还原气氛下均成功地合成了Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+(蓝色)长余辉发光材料。通过改变激活剂浓度、比例、硼酸用量等条件获得了发光性能最佳的样品，得到了余辉衰减曲线，并对其结构和发光性能进行了表征。结果表明，高温固相法制得的发光粉体中主要存在Sr2MgSi2O7相，但还存在少量SiO2杂相；其表面形貌为块状颗粒，大小不一，分布不均；发射峰在469nm左右，初始亮度为1925mcd/m2，最长余辉时间可达220min。而溶胶一凝胶法可制得均-Sr2MgSi2O7单相发光体：其表面形貌为特殊的“花状”晶须结构，此结构在硅酸盐长余辉发光材料中首次发现；溶胶-凝胶法获得的粉体的发光性能明显优于高温固相法制备的粉体的发光性能，其发射峰在465nm左右，初始亮度可达7230mcd/m2，最长余辉时间长达690min。 选用制备的粉体发光性能较佳的溶胶-凝胶法合成了CdSiO3：Sm3+(橙红色)长余辉发光材料。通过改变激活剂浓度、水用量、硼酸用量等方式在1000℃下成功合成了性能较佳的CdSiO3：Sm3+发光体，并对制备出的样品的晶相结构、表面形貌和发光性能进行了测试。结果表明，得到的CdSiO3单相发光体具有尺寸不一，分布不均的块状颗粒形表面形貌:粉体具有余辉发光行为，需用紫外光激发，其发射峰位置由一个峰值为445nm的宽带发射和分别位于562，598和643nm的3个尖锐发射峰所构成，体现橙红色发光特性，其初始亮度为601mcd/m2，最长余辉时间可达200min。 经过探讨机理表明：在Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉材料中，发光机理可用空穴转移模型进行解释，纳米结构的“花状”表面形貌有利于提高发光性能。在CdSiO3：Sm3+长余辉材料中，发光是由Sm3+对Cd2+的不等价电荷取代产生缺陷而实现的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2发光材料概述

1.2.1激发光谱

1.2.2发光光谱(也称发射光谱)

1.2.3光通量

1.2.4发光强度

1.2.5亮度

1.2.6余辉

1.3光致发光与长余辉发光材料

1.3.1光致发光

1.3.2长余辉发光材料

1.4硅酸盐系长余辉发光材料研究动态

1.4.1二元硅酸盐体系

1.4.2三元硅酸盐体系

1.5硅酸盐系长余辉发光材料的制备

1.5.1高温固相法

1.5.2溶胶-凝胶法

1.5.3燃烧法

1.5.4共沉淀法

1.5.5微波合成法

1.6硅酸盐系长余辉发光材料的发光机理

1.6.1固体发光的一般过程

1.6.2 Eu2+，Dy3+共激活Sr2MgSi2O7长余辉发光机理

1.7研究现状和课题的提出

第二章实验过程

2.1实验原料及设备

2.1.1实验原料

2.1.2实验设备

2.1.3还原气氛营造

2.2实验过程与流程

2.2.1 Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+系发光体的制备

2.2.2 CdSiO3：Sm3+系发光体的制备

2.3微观结构分析

2.3.1 X射线衍射(XRD)分析

2.3.2扫描电镜(SEM)分析

2.3.3热失重-差热扫描(TG-DSC)分析

2.4发光性能分析

2.4.1荧光光谱

2.4.2余辉衰减曲线测试

第三章Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+系蓝色长余辉发光材料

3.1高温固相法制备Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料

3.1.1 Eu2+，Dy3+掺杂浓度与硼酸用量对Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+长余辉发光材料的影响

3.1.2烧结工艺对Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料的影响

3.1.3 Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料的晶相结构

3.1.4 Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料的表面形貌

3.1.5 Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料的激发光谱与发射光谱

3.2溶胶—凝胶法制备Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料

3.2.1水与硼酸用量对Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料的影响

3.2.2 Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+长余辉发光材料的晶相结构

3.2.3 Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+长余辉发光材料的失重—差热分析

3.2.4 Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料的表面形貌

3.2.5 Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+长余辉发光材料的激发光谱和发射光谱

3.3高温固相法与溶胶-凝胶法制备的Sr2MgSi2O7：Eu2+，Dy3+长余辉发光材料比较

3.3.1制备工艺

3.3.2晶相结构和表面形貌

3.3.3发射光谱和激发光谱

3.3.4发光强度和余辉性能

3.4 Sr2MgSi2O7：Eu2+,Dy3+长余辉发光材料的机理研究

3.5本章总结

第四章CdSiO3：Sm3+系橙红色长余辉发光材料

4.1溶胶-凝胶法制各CdSiO3：Sm3+长余辉发光材料

4.1.1 Sm3+掺杂浓度对CdSiO3：Sm3+长余辉发光材料的影响

4.1.2水与硼酸用量对CdSiO3：Sm3+长余辉发光材料的影响

4.1.3 CdSiO3：Sm3+长余辉发光材料的晶相结构

4.1.4 CdSiO3：Sm3+长余辉发光材料的表面形貌

4.1.5 CdSiO3：sm3+长余辉发光材料的激发光谱与发射光谱

4.2 CdSiO3：Sm3+长余辉发光材料的机理研究

4.3本章总结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢