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稀土掺杂硅酸盐黄色荧光体研究

作　者: 廖俊杰
导　师: 肖思国
学　校: 湘潭大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 稀土掺杂发光材料硅酸盐长余辉高温固相法
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

稀土元素独特的电子层结构,使其拥有一般元素无法比拟的光学性质。在能源日益枯竭的当下,作为新型的节能环保材料,稀土掺杂发光材料在照明、显示、建筑以及工艺品等领域有着广泛应用。经过一百多年的发展,人们已经研制出了种类繁多的稀土发光材料,其中稀土掺杂的蓝光、绿光发射材料已经具备了成熟的制作工艺,并得到广泛应用,然而,红光发射和黄光发射材料的研究处于相对落后的位置,不仅种类少,而且在一些性能方面不如蓝光、绿光材料,特别是黄光发射材料,是稀土发光材料领域的难题之一。硅酸盐体系的发光材料,具有稳定性高,耐水性好,材料低廉等优点,是重要的稀土发光材料基质,因此研究稀土离子在硅酸盐中的发光性质,特别是在硅酸盐基质中寻找性能良好的黄光以及红光发射材料具有重要的意义。在本文中,我们制备并研究了稀土元素掺杂的硅酸盐黄光发射材料。首先用高温固相法制备了一系列稀土元素掺杂的Sr₃SiO₅黄色荧光材料。利用Li₂CO₃作为助熔剂,探索了Eu²⁺掺杂浓度对Sr₃SiO₅: Eu²⁺发光强度的调制规律,得到了Eu²⁺最佳的掺杂浓度。我们观测到,该材料具有很好的亮度和显色性,是一种很有潜力的黄色荧光材料;另外,在引入Li₂CO₃的情况下,我们制备了Ce³⁺单掺以及Eu²⁺、Ce³⁺双掺的Sr₃SiO₅黄色荧光材料,并探讨了Eu²⁺、Ce³⁺双掺时Eu²⁺,Ce³⁺之间的能量传递现象。随后,为了实现该材料高效的长余辉发光,用高温固相法合成了不同种类氟化物掺杂的Sr₃SiO₅:Eu²⁺, Dy³⁺黄色长余辉发光材料,发现其主发射峰都在575nm。结果表明,氟化物的掺杂明显提高了Sr₃SiO₅: Eu²⁺, Dy³⁺的发光性能和余辉性能。其中,碱土金属氟化物的掺杂效果最好。Sr₃SiO₅: Eu²⁺, Dy³⁺, 0.05BaF₂的余辉时间达到12小时,是目前报道的时间最长的黄色长余辉材料之一。分析表明,碱土金属氟化物的引入可以使Sr₃SiO₅材料不同深度的陷阱浓度得到调控,从而有效地改善材料的余辉性能。最后,用高温固相法制备了Eu²⁺、Dy³⁺单掺以及Eu²⁺, Dy³⁺双掺的Ca₂ZnSi₂O₇黄色发光材料。探讨了Ca₂ZnSi₂O₇在不同掺杂条件下以及不同激发情况下的光谱性质。得到了Ca₂ZnSi₂O₇: Dy³⁺白色荧光材料,是Dy³⁺的484nm蓝光发射和575nm黄光发射复合而成。结果表明Eu²⁺, Dy³⁺双掺时,材料在365nm紫外线激发下发出黄色的荧光。停止激发后,该材料的余辉呈现出黄绿色,余辉时间达到两个小时。并对材料的余辉机理进行了探讨。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 发光材料概述  9-10
    1.1.1 发光的定义和分类  9
    1.1.2 荧光和余辉  9-10
  1.2 稀土光致发光材料  10-11
  1.3 长余辉发光材料  11-20
    1.3.1 长余辉发光材料的研究现状及进展  11-13
    1.3.2 主要制备方法  13-15
    1.3.3 发光性能表征方式  15-16
    1.3.4 长余辉材料的机理模型  16-20
  1.4 本文选题依据和研究内容  20-21
第2章黄色荧光材料Sr_3SiO_5: Re（Eu~(2+), Ce~(3+)的发光性能研究  21-29
  2.1 引言  21-22
  2.2 实验部分  22-23
    2.2.1 试剂与设备  22
    2.2.2 实验方法及流程  22-23
  2.3 结果分析和讨论  23-28
    2.3.1 XRD 分析  23-24
    2.3.2 Sr_3SiO_5: Eu~(2+)光谱分析  24-26
    2.3.3 Sr_3SiO_5: Ce~(3+)光谱分析  26-27
    2.3.4 Sr_3SiO_5: Eu~(2+),Ce~(3+)光谱分析  27-28
  2.4 小结  28-29
第3章黄色长余辉发光材料Sr_3SiO_5: Eu~(2+), Dy~(3+)的发光性能研究  29-39
  3.1 引言  29-30
  3.2 实验部分  30-31
    3.2.1 试剂与设备  30
    3.2.2 实验方法及流程  30-31
  3.3 结果分析和讨论  31-38
    3.3.1 XRD 分析  31-32
    3.3.2 荧光光谱分析  32-35
    3.3.3 余辉性能  35-36
    3.3.4 热释光分析  36-38
  3.4 小结  38-39
第4章稀土掺杂焦硅酸盐Ca_2ZnSi_2O_7 黄色荧光体的合成及性能研究  39-48
  4.1 引言  39-40
  4.2 实验部分  40
    4.2.1 试剂与设备  40
    4.2.2 实验方法及流程  40
  4.3 结果分析和讨论  40-47
    4.3.1 XRD 分析  40-42
    4.3.2 光谱分析  42-45
    4.3.3 余辉性能  45-47
  4.4 小结  47-48
第5章总结和展望  48-50
参考文献  50-56
致谢  56-57
个人简历、在学习期间发表的学术论文与研究成果  57

稀土掺杂硅酸盐黄色荧光体研究

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