纳米和体相长余辉磷光体的合成与光电特性研究

摘要

长余辉磷光体在可见光很长的波段内有较强的吸收，它可以吸收太阳光而在暗处释放出可见光，所以长余辉在弱光照明方面得到了的利用，如果长余辉材料能广泛应用于生活对节能环保将非常有意义。目前长余辉发光机理的许多方面尚不明确，对于纳米长余辉的研究则更少。本论文在纳米尺度范围内对长余辉的相关特性展开研究，主要内容包括以下几个方面： 1．分别用高温固相法和柠檬酸盐溶胶-凝胶自燃烧法制备了体相和形貌、粒径可控的SrAl2O4：Eu2+，Dy3+纳米长余辉磷光体。研究了溶胶的pH值、灼烧温度及柠檬酸用量对材料形貌、粒度及结晶性能的影响。全面考虑影响纳米颗粒制备的各种条件，控制溶胶的pH值在7，控制柠檬酸的用量为金属离子用量的2倍，在1000℃的高温下活性炭还原气氛中足以形成规整的纳米晶。 2．利用溶胶-凝胶自燃烧法在900，1000，1100，1200℃下合成了粒径不同的纳米SrAl204：Eu2+，Dy3+长余辉磷光体。研究了纳米SrAl2O4：Eu2+，Dy3+的激发和发射光谱的特性，通过分析真空紫外激发光谱讨论了基质带隙随粒径的变化，继而利用热释光谱分析了纳米材料与体材料中深、浅陷阱的变化规律并讨论了引起这种变化的原因，结合对红外吸收光谱的分析，研究了表面吸附与表面态对发光强度及余辉衰减的影响；同时我们还深入研究了纳米材料和体材料的电流-电压特性；进一步分析了SrAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉的发光机理；另外，针对纳米长余辉磷光体存在的缺陷态，猝灭和易潮解等问题，用γAl2O3作壳层对纳米SrAl2O4：Eu2+，Dy3+进行表面修饰。通过对发光效率和能级寿命的分析讨论了表面修饰的理论和实验效果，实验证明，核-壳结构纳米颗粒的余辉特性并没有得到明显改善，这可能是由于包覆过程中引入了其他一些引起无辐射弛豫的因素，可以通过运用微乳液的方法使反应用水与被包覆样品有效隔离，或者通过引入过渡层改善晶格匹配情况。 3．利用水热法在900，1000，和1200℃下合成了粒径不同的纳米SrS：Eu2+，Dy3+和SrS：Eu2+磷光体。结合SrS：Eu2+中的余辉动力学模型分析了SrS：Eu2+，Dy3+的发光和余辉特性，我们认为SrS：Eu2+，Dy3+中有深浅两种陷阱存在，深陷阱与Dy3+有关，而浅陷阱与S2-空位有关；深陷阱对延长余辉有很重要的作用，浅陷阱对余辉强度有很大贡献；研究了样品的余辉衰减规律，对其根本原因作了深入的探讨。 4．用水热法制备了一种SrAl2O4：Eu2+，Dy3+/SrS：Eu2+，Dy3+混合体系可变色长余辉磷光体。分析了水热处理在制备过程中的作用，讨论了此体系的发光和余辉特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

序

1 引言

1.1 长余辉发光材料的发展

1.1.1. 长余辉的发展历史

1.1.2 新型长余辉材料

1.1.3 长余辉材料分类

1.1.4 白色长余辉材料研究进展

1.1.5 长余辉材料的制备方法

1.1.6 长余辉材料的应用

1.2 长余辉的理论基础

1.2.1 磷光的定义长

1.2.2 发光中心

1.2.3 发光衰减

1.2.4 长余辉复合发光能带模型

1.2.5 热释光

1.3 SrAl2O4的结构特点

1.4 离子电导与电子电导

1.4.1 定义

1.4.2 如何鉴别稀土复合氧化物中的离子电导和电子电导

1.5 纳米材料及其性质

1.5.1 纳米材料的基本特性

1.5.2 纳米微粒的光学性能

1.5.3 稀土掺杂的纳米微粒的光学性能

1.6 本论文的选题依据和研究内容

1.6.1 禁带宽度Eg与陷阱深度⊿E的变化

1.6.2 发光中心寿命的变化

1.6.3 I—V特性的变化

1.6.4 纳米微粒的表面修饰

1.6.5 长余辉发光的理论模型

2 形貌和粒径可控的纳米SrAl2O4：Eu2+,Dy3+磷光体的制备

2.1 引言

2.1.1 纳米材料的制备

2.1.2 溶胶—凝胶法制备工艺

2.1.3 溶胶—凝胶法合成纳米微粒的优点

2.1.4 本文研究的内容

2.2 实验

2.2.1 纳米SrAl2O4：Eu2+，Dy3+磷光体样品的制备

2.2.2 体相SrAl2O4：Eu2+，Dy3+磷光体样品的制备

2.2.3 样品表征

2.3 实验结果与分析

2.3.1 柠檬酸的软模板作用

2.3.2 灼烧温度对纳米颗粒的影响

2.3.3 pH值对纳米颗粒形貌的影响

2.3.4 柠檬酸用量对纳米颗粒的影响[127—128]

2.4 本章小结

3 纳米SrAl2O4：Eu2+，Dy3+磷光体的光电特性研究

3.1 引言

3.1.1 激活剂与助激活剂选择依据

3.1.2 改进余辉性能的依据

3.1.3 表面对稀土掺杂的纳米微粒的光谱性质的影响

3.1.4 纳米微粒表面修饰应遵循的原则

3.1.5 理想表面修饰对发光量子效率造成的影响

3.2 纳米和体相SrAl2O4：Eu2+，Dy3+的制备与性能表征

3.2.1 材料的合成

3.2.2 相关特性表征

3.3 纳米和体相SrAl2O4：Eu2+，Dy3+的光电特性分析

3.3.1 激发光谱与发射光谱

3.3.2 真空紫外激发光谱与基质禁带宽度

3.3.3 热释光谱与陷阱深度

3.3.4 表面吸附与荧光猝灭

3.3.5 余辉衰减特性

3.3.6 电学特性

3.3.7 因潮解引起的发光减弱在电学特性中的体现

3.3.8 SrAl2O4：Eu2+，Dy3+长余辉复合发光能带模型

3.4 表面包覆实验

3.4.1 包覆层材料的选择

3.4.2 原材料的准备

3.4.3 实验路线设计

3.5 核壳结构纳米SrAl2O4：Eu2+，Dy3+的特性分析

3.6 本章小结

4 勾米SrS：Eu2+，Dy3+磷光体的水热制备与发光性能研究

4.1 引言

4.1.1 水热法的制备工艺

4.1.2 水热法的优点

4.1.3 水热法的局限性

4.1.4 红色长余辉磷光体的研究现状

4.1.5 光谱校正的原理

4.1.6 Eu2+在SrS：Eu，Dy中的发光特点

4.2 实验

4.2.1 水热法合成

4.2.2 相关特性表征

4.3 实验结果与分析

4.3.1 纳米颗粒晶体结构与形貌

4.3.2 光学特性分析

4.3.3 SrS：Eu2+，Dy3+长余辉复合发光能带模型

4.4 本章小结

5 SrAl204/SrS：Eu2+，Dy3+混合体系的制备与发光性能研究

5.1 引言

5.2 实验

5.2.1 水热法合成SrAl2O4：Eu2+，Dy3+/SrS：Eu2+，Dy3+混合体系

5.2.2 相关特性表征

5.3 实验结果与分析

5.3.1 制备过程分析

5.3.2 光学特性分析

5.4 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历