新型稀土多硅酸盐发光材料的凝胶—燃烧法制备及性能研究

发布时间：2019-07-26 21:37

【摘要】：荧光灯是一类高光效、长寿命的光源,其光效比白炽灯高3~4倍,寿命长8~10倍,尤其是三基色荧光粉的研制成功,为紧凑型荧光灯的问世提供了一个技术支持,这类荧光粉普遍具有耐高负荷、耐高温等优点,能大幅度节约用于照明光源上的电能。因此荧光粉的改进、提高以及新型荧光粉的开拓,也成为研究者们关注的焦点。以硅酸盐为基质的稀土发光材料具有良好的化学稳定性和热稳定性,且发光效率高,因此,日益成为灯用荧光粉研究、开发的热点。本文采用凝胶-燃烧法制备了以多硅酸盐为基质的系列新型稀土荧光粉,通过热分析仪、红外光谱仪、X射线粉末衍射仪、X射线能量色散谱仪及荧光分光光度计等对产物的形成过程、结构、组成及发光性质进行了分析和表征,得出以下结论: (1)采用凝胶-燃烧法,在活性炭弱还原气氛下合成了新型黄绿色荧光粉Sr_3MgSi_3O_10:Tb~(3+),研究结果表明:干凝胶起火燃烧所得前驱物,经900℃还原热处理即可得目标产物,其晶体结构与Sr_2MgSi_2O_7相似,同属四方晶系。Sr_3MgSi_3O_10:Tb~(3+)的激发光谱为一位于200~300 nm的宽带,主激发峰在249 nm左右;发射光谱由491 nm, 544 nm, 586 nm, 624 nm等一系列窄带发射峰组成,归属于Tb~(3+)的~5D_4到~7F_J (J =6,5,4,3)的跃迁。主发射峰位于544 nm,对应于Tb~(3+)的~5D_4→~7F_5的能级跃迁,导致一种黄绿光发射。研究发现:还原温度及Tb~(3+)掺杂浓度对发光强度有着重要的影响,并对浓度猝灭机制进行了探讨。 (2)采用凝胶燃烧法在活性炭弱还原气氛中成功合成新型宽激发带蓝色发光材料Sr_3MgSi_3O_10:Eu~(2+)。研究结果表明:所合成的Sr_3MgSi_3O_10:Eu~(2+)的晶体结构与Sr_2MgSi_2O_7的相似,同属四方晶系;激发光谱分布在250～450 nm的宽带范围,主激发峰位于366 nm处,次激发峰位于394 nm处,可以被InGaN管芯产生的350～410 nm辐射有效激发;在366 nm近紫外光的激发下,发射光谱为一宽带,最大发射峰位于466 nm附近,是典型Eu~(2+)的4f5d 4f跃迁导致的。研究发现:Sr_3MgSi_3O_10:Eu~(2+)蓝色荧光粉的发光强度随还原温度的升高而增强;随Eu2+摩尔浓度的增加逐渐加强,当Eu~(2+)为10%时,发光强度达到最大值,而后随Eu~(2+)浓度的增加而减小,发生浓度猝灭。根据Dexter能量共振理论,该浓度猝灭系Eu~(2+)的电偶极电四极相互作用所致。 (3)通过共掺杂Er~(3+),显著提高了Sr_3MgSi_3O_10:Eu~(2+)的发光亮度。研究结果表明:所合成的Sr_3MgSi_3O_10:Eu~(2+),Er~(3+)的晶体结构与Sr_2MgSi_2O_7的相似,属四方晶系。样品激发光谱是位于250 nm~450 nm的宽带,最大激发峰位于357 nm处;发射光谱也是一宽带,最强的发射峰位于466 nm处,属于Eu~(2+)典型的4f65d1→4f7跃迁,呈蓝光发射。根据光谱测定结果和Van Uitert经验公式,推断Eu~(2+)进入Sr_3MgSi_3O_10基质后占据八配位Sr的格位。研究发现,共掺杂Er~(3+)能有效敏化Sr_3MgSi_3O_10基质中Eu~(2+)的发光,当Er~(3+)的掺杂摩尔分数为0.04时,样品发光强度最大,约为单掺Eu~(2+)样品发光强度的3倍。 (4)采用凝胶-燃烧法合成了新型红色荧光材料La_2Si_2O_7:Eu~(3+)。研究结果表明:凝胶燃烧所得前驱物经1000℃热处理2 h后得到La_2Si_2O_7:Eu~(3+),其晶体结构与La_2Si_2O_7相似,为四方晶系结构,晶胞参数a=b=0.6846 nm,c=2.4855 nm。La_2Si_2O_7:Eu~(3+)的激发光谱由两部分组成,200～350 nm的宽带来自Eu~(3+)-O2-之间的电荷迁移,最强峰位于263 nm处;350 nm~450 nm之间的激发峰属于Eu~(3+)的f-f跃迁,最强峰位于395 nm处。分别用263 nm和395 nm激发样品测得的发射光谱形状相似,主发射峰均位于618 nm处,属于Eu~(3+)的5D0→7F2跃迁,说明两个激发峰属于同一个发光中心。共掺杂Li~+后,样品的激发和发射光谱形状无明显变化,但激发和发射峰强度显著增大,说明共掺杂Li~+能有效提高荧光粉发光性能。
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TQ422

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