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Eu、Tb掺杂碱土多硅酸盐发光材料的研究

作　者: 焦芳芳
导　师: 翟永清
学　校: 河北大学
专　业: 应用化学
关键词: 碱土多硅酸盐凝胶-燃烧法发光长余辉掺杂
分类号: O613.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

硅酸盐体系发光材料由于其化学稳定性好,耐水性强,发光颜色多样,应用广泛等特点,越来越引起人们的重视。这类材料多采用传统的高温固相法制备,该法具有烧结温度高,反应时间长,产物晶粒大,硬度高等诸多缺点。凝胶-燃烧法是结合溶胶-凝胶法离子分散均匀和燃烧法快速高效的优点而开发出来的一种新型软化学方法。与传统的高温固相法相比,该法具有离子分散均匀,合成温度低,操作简单,晶粒度小,易研磨等优点。为节省能源,降低能耗提供了一种新的思路。本论文采用凝胶-燃烧法成功合成了一系列稀土离子掺杂的碱土多硅酸盐发光材料。借助XRD、SEM、荧光光谱等现代测试手段,对合成产物进行了分析和表征,得出以下结论：1.采用凝胶-燃烧法成功合成了高亮度蓝紫色发光材料CaMgSi2O6:Eu2+,属单斜晶系。焙烧温度为1000℃时,样品一次颗粒尺寸约300nm,基本成球形,随温度升高,颗粒有所增大。光谱分析表明：此发光体在450nm处有一个宽的发射峰,是由Eu2+的4f65d1-4f7跃迁所导致的,Eu2+在CaMgSi2O6:Eu2+中形成六配位的发光中心。此外,探讨了Eu2+的掺杂浓度和还原温度对材料发光亮度的影响。2.采用凝胶-燃烧法成功合成了一种新型碱土多硅酸盐基质SrMgSi2O6,并系统研究了Eu2+、Ln3+(Ln=La、Ce、Nd、Sm、Gd、Dy)共掺杂对材料物相结构、发光性质的影响。结果发现：SrMgSi2O6:Eu2+,Ln3+的晶体结构均为镁黄长石结构,属简单四方晶系；发射光谱的峰形、峰位基本一致,均为宽带连续谱,最大发射峰位于470nm附近,是典型的Eu2+的4f65d1→4f7跃迁引起的。系列材料均有蓝色长余辉发光现象。Ln3+为辅助激活剂,其种类对材料的发光强度和余辉性质有着重要的影响,余辉亮度由强到弱的顺序大致为：Dy3+>Nd3+>Eu2+>La3+>Gd3+>Ce3+>Sm3+;以Dy3+为辅助激活剂时余辉持续时间最长,约4h。此外,还探讨了Eu2+和Dy3+的掺杂浓度,还原温度以及H3BO3用量等对样品发光强度的影响,并用“位型坐标模型”对长余辉发光机理做出合理解释。3.采用凝胶-燃烧法成功合成了一种新型黄色发光材料SrMgSi2O6:Tb3+,属四方晶系。焙烧温度为1100℃时,样品一次颗粒近似球形,平均粒径约240nm。发射光谱主要由473nm、491nm、547nm、585nm等一系列窄带发射峰组成,分别归属于Tb3+从5D3→7F3,5D4→7F6,5D4→7F5和5D4→7F4的跃迁发射,547nm、491nm、473nm处的发射峰均较强,在紫外光照射下样品发黄光。此外发现,Tb3+的掺杂浓度及还原温度对材料发光性质有重要影响。4.采用凝胶-燃烧法成功合成了蓝色长余辉发光材料Sr3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+,属正交晶系结构。发射光谱为—宽带谱,峰值位于460nm处,归属于Eu2+的4f65d1→4f7跃迁。激发光谱也为一宽带,主激发峰位于414nm,次激发峰位于400nm处,与高温固相法制得的Sr3MgSi2O8:Eu2+,Dy3+激发峰相比,出现了明显的红移现象。此外,探讨了还原温度、还原时间、H3BO3用量、尿素用量等对样品发光强度的影响。5.采用凝胶-燃烧法合成了系列新型红色多硅酸盐发光材料Sr2MgSi2O7:Eu3+和Sr3MgSi2O8:Eu3+。研究发现：少量Eu3+的掺杂对材料的晶体结构影响较小。系列样品的激发光谱在220-350nm之间均出现一宽带吸收,归属于O2-→Eu3+之间的电荷迁移带；350nm以后的锐线峰为Eu3+的f-f跃迁吸收峰,其最强锐线峰位于400nm。发射光谱由两强发射峰组成,分别位于592nm和618nm处,属于典型的Eu3+的5D0→7F1和5D0→7F2跃迁。此外,探讨了Eu3+浓度对材料发光强度的影响。在Sr2-xMgSi2O7:Eu3+x系列样品中,未发现明显的浓度猝灭,且材料发光强度较大；在Sr3-xMgSi2O8:Eu3+x系列样品中,当Eu3+摩尔浓度达到8%时,出现浓度猝灭现象。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
第1章前言  14-28
  1.1 稀土发光材料简介  14-15
  1.2 稀土离子的跃迁发光类型  15-16
  1.3 稀土发光材料的发光原理  16-18
  1.4 稀土发光材料的类型  18-20
    1.4.1 金属氧化物、硫化物、硫氧化物体系  18-19
    1.4.2 金属卤磷酸盐体系  19
    1.4.3 金属铝酸盐体系  19
    1.4.4 金属硅酸盐体系  19-20
  1.5 稀土硅酸盐发光材料  20-25
    1.5.1 硅酸盐的结构特点  20-21
    1.5.2 硅酸盐发光材料国内外研究现状  21-23
    1.5.3 硅酸盐发光材料的主要制备方法  23-25
  1.6 主要研究内容及创新点  25-28
    1.6.1 主要研究内容  25
    1.6.2 技术路线  25-26
    1.6.3 创新点  26-28
第2章蓝紫色发光材料CaMgSi_2O_6:Eu~(2+)的凝胶-燃烧法合成及性质  28-35
  2.1 前言  28
  2.2 实验部分  28-29
    2.2.1 主要原料  28
    2.2.2 制备过程  28-29
    2.2.3 分析测试  29
  2.3 结果与讨论  29-34
    2.3.1 物相结构分析  29-30
    2.3.2 形貌粒度分析  30-31
    2.3.3 激发和发射光谱分析  31-32
    2.3.4 影响材料发光性能的因素  32-34
  2.4 结论  34-35
第3章新型蓝色长余辉材料SrMgSi_2O_6:Eu~(2+),Dy~(3+)的凝胶-燃烧法合成及性质  35-44
  3.1 前言  35-36
  3.2 实验部分  36
    3.2.1 主要原料  36
    3.2.2 制备过程  36
    3.2.3 分析测试  36
  3.3 结果与讨论  36-43
    3.3.1 物相结构分析  36-38
    3.3.2 形貌粒度分析  38
    3.3.3 激发和发射光谱分析  38-39
    3.3.4 影响材料发光性能的因素  39-42
    3.3.5 长余辉性质  42-43
  3.4 结论  43-44
第4章长余辉发光材料SrMgSi_2O_6:Eu~(2+),Ln~(3+)的凝胶-燃烧法合成及性质  44-50
  4.1 前言  44
  4.2 实验部分  44-45
    4.2.1 主要原料  44
    4.2.2 制备过程  44-45
    4.2.3 分析测试  45
  4.3 结果与讨论  45-49
    4.3.1 物相结构分析  45-46
    4.3.2 激发和发射光谱分析  46-48
    4.3.3 长余辉性质  48-49
  4.4 结论  49-50
第5章新型黄色发光材料SrMgSi_2_6:Tb~(3+)的凝胶-燃烧法合成及性质  50-56
  5.1 前言  50
  5.2 实验部分  50-51
    5.2.1 主要原料  50
    5.2.2 制备过程  50-51
    5.2.3 分析测试  51
  5.3 结果与讨论  51-55
    5.3.1 物相结构分析  51-52
    5.3.2 形貌粒度分析  52
    5.3.3 激发和发射光谱分析  52-53
    5.3.4 影响材料发光性能的因素  53-55
  5.4 结论  55-56
第6章蓝色长余辉材料Sr_3MgSi_2O_6:Eu~(2+),Dy~(3+)的凝胶-燃烧法合成及性质  56-65
  6.1 前言  56
  6.2 实验部分  56-57
    6.2.1 主要原料  56
    6.2.2 制备过程  56-57
    6.2.3 分析测试  57
  6.3 结果与讨论  57-63
    6.3.1 物相结构分析  57-58
    6.3.2 形貌粒度分析  58-59
    6.3.3 激发和发射光谱分析  59-60
    6.3.4 影响材料发光性能的因素  60-62
    6.3.5 长余辉性质  62-63
  6.4 结论  63-65
第7章 Eu~(3+)掺杂的新型碱土多硅酸盐发光材料的凝胶-燃烧法合成及性质  65-71
  7.1 前言  65
  7.2 实验部分  65-66
    7.2.1 主要原料  65
    7.2.2 制备过程  65-66
    7.2.3 分析测试  66
  7.3 结果与讨论  66-69
    7.3.1 物相结构分析  66-67
    7.3.2 激发和发射光谱分析  67
    7.3.3 Eu~(3+)离子浓度对材料发光强度的影响  67-69
  7.4 结论  69-71
第8章结论与展望  71-75
  8.1 结论  71-73
  8.2 展望  73-75
参考文献  75-83
致谢  83-84
攻读学位期间取得的科研成果  84

Eu、Tb掺杂碱土多硅酸盐发光材料的研究

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