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六铝酸盐基发光材料的合成及其发光性能的研究

作　者: 李峰
导　师: 王育华
学　校: 兰州大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 兰州大学 发光材料 发光性能 博士学位论文 六铝酸盐 紫外激发 余辉时间 发光特性 尖晶石 色坐标
分类号: TB34
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


六铝酸盐基发光材料由于其在等离子显示器（plasma display panels，PDPs）与无汞荧光灯等显示照明器件上的应用而引起了普遍关注，其中BaMgAl12O19：Mn2+与BaMgAl10O17：Eu2+（BAM）已作为商用材料而得到了广泛应用。然而这两种发光材料的性能仍未能满足PDP与无汞荧光灯的需要，主要表现为：BaMgAl12O19：Mn2+的发光效率与余辉时间有待改进，而BaMgAl10O17：Eu2+的稳定性较差。针对PDP与无汞荧光灯等显示照明器件的发展需要，本论文对两种商用真空紫外发光材料BaMgAl12O19：Mn2+与BaMgAl10O17：Eu2+展开了一系列的研究；同时还初步考察了Dy3+激活的BaMgAl11O19的真空紫外—紫外发光性能，探讨Dy3+激活发光材料在无汞荧光灯、LED等照明器件上的潜在应用。通过上述研究得到的一系列研究成果对于了解六铝酸盐基发光材料的发光机理、推动其在PDP与无汞灯上的应用具有重要的理论意义及应用价值。第一，在真空紫外激发下，基质BaMgAl12O19可有效地将能量传递给发光中心Mn2+。本论文通过研究Ba0.75Al11O17.25-x BaMgAl10O17：0.1 Eu2+的真空紫外激发光谱，对尖晶石层中AlO45-、AlO69-与MgO46-等各基团的光谱吸收位置进行了归属，这为研究六铝酸盐基发光材料在真空紫外激发下的发光机理、改善BaMgAl12O19：Mn2+与其他商用六铝酸盐基发光材料的真空紫外发光性能打下了基础。第二，对于PDP等显示器件而言，BaMgAl12O19：Mn2+的余辉时间仍然偏长，这是由于Mn2+的4T1→6A1跃迁发射是宇称与自旋双重禁戒的跃迁。本论文通过研究Mn2+掺杂浓度对Ba0.75Al11-xO17.25：x Mn2+的色度、发光强度、余辉时间等发光特性的影响后，发现适当增加Mn2+的掺杂浓度可以在保证良好的色纯度和亮度的基础上减小余辉时间；通过使用EPR、穆斯堡尔谱等测试手段，首次证明了在BaMgAl12O19：Mn2+中存在Mn2+-Mn2+对中心，正是该中心含量的变化导致了余辉时间、发射峰位等发光特性的变化，并且该中心的形成方式是通过Mn2+占据Ba0.75Al11O17.25中的Al（2）格位实现的。第三，本论文考察了ns2离子与Zn2+掺杂对BaMgAl12O19：Mn2+发光特性的影响。研究结果表明：ns2离子中的Bi3+与Sb3+，以及Zn2+均可有效的提高BaMgAl12O19：Mn2+的发光强度，其中以Sb3+的效果最佳；而这三种离子的掺杂对于余辉特性均无明显影响。第四，本论文采用反相微乳法与沉淀法相结合制备了Mn2+激活的六铝酸钡纳米发光材料，并研究了样品的真空紫外发光特性。研究结果表明：不同的反相微乳体系与溶液／油相比对样品的形貌有决定性影响，颗粒形貌主要有球状、棒状等；球状Ba0.999Al11.9O19：0.1 Mn2+，0.001 Eu2+的发光强度、亮度、色度等性能均优于块体材料BaAl11.9O19：0.1 Mn2+；真空紫外激发下，球状纳米Ba0.75Al11-xO17.25：xMn2+的猝灭浓度高于块体材料；颗粒形貌对样品发光性能有重要影响。第五，采用溶胶—凝胶法对BAM颗粒进行了MgF2与CaF2的包覆以提高其热稳定性。结果表明包覆后的BAM的抗热劣化能力均得到了明显的改善，其中以MgF2包覆的效果最好。第六，对Dy3+激活的六铝酸盐材料LaMgAl11O19的发光特性以及Bi3+、Sb3+与Zn2+掺杂对Dy3+发光的影响进行了初步的探索。结果表明：在真空紫外—紫外区间内多个应用波长（147nm、254nm、365nm）的激励下，Dy3+在LaMgAl11O19中的发射的色坐标均位于CIE 1931色品图中的白光区；在上述三个应用波长的激发下，Bi3+与Zn2+均可敏化Dy3+的4F9／2-6H15／2与4F9／2-6H13／2跃迁发射，其中以Bi3+的敏化效果最为显著，并且随着共掺杂离子Bi3+或Zn2+含量的增加，样品的色坐标向黄光区移动，色温也随之增加。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-37
  1.1 六铝酸盐概述  10-19
    1.1.1 六铝酸盐的晶体结构  11-15
    1.1.2 六铝酸盐的合成方法  15-18
    1.1.3 应用  18-19
  1.2 六铝酸盐基发光材料的研究进展  19-23
    1.2.1 BaAl_(12)O_(19):Mn~(2+)  20-21
    1.2.2 BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)(BAM)  21-23
    1.2.3 磁铅矿结构六铝酸盐基发光材料的研究进展  23
  1.3 选题意义与论文结构  23-25
  参考文献  25-37
第二章 实验与测试表征手段  37-45
  2.1 试剂及实验设备  37-39
    2.1.1 试剂  37-38
    2.1.2 实验设备  38-39
  2.2 样品的制备  39-42
    2.2.1 高温固相法  39
    2.2.2 反相微乳法  39-41
    2.2.3 BaMgAl_(10)O_(17):Eu~(2+)(BAM)的表面包覆  41-42
  2.3 样品的测试  42-44
    2.3.1 真空紫外—紫外(VUV-UV)荧光光谱  42-43
    2.3.2 X射线衍射(XRD)  43
    2.3.3 X射线光电子能谱(XRD)  43
    2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)  43
    2.3.5 透射电子显微镜(TEM)  43-44
    2.3.6 电子顺磁共振(EPR)  44
    2.3.7 穆斯堡尔谱(MS)  44
  参考文献  44-45
第三章 BaAl_(11.9)O_(19);0.1 Mn~(2+)的合成与发光性能研究  45-56
  3.1 引言  45
  3.2 实验部分  45
  3.3 结果与讨论  45-54
    3.3.1 BaAl_(12)O_(19)基质的合成  45-47
    3.3.2 BaAl_(11.9)O_(19):0.1 Mn~(2+)的合成与发光性能  47-54
  3.4 小结  54
  参考文献  54-56
第四章 Ba_(0.75)Al_(11)O_(17.25):Mn~(2+)的发光性能研究  56-76
  4.1 引言  56-58
  4.2 实验部分  58
    4.2.1 Ba_(0.75)Al_(11-x)O_(17.25):xMn~(2+)的制备  58
    4.2.2 Ba_(0.75)Al_(10.2)O_(17.25):0.8Fe~(2+)的制备  58
  4.3 结果与讨论  58-72
    4.3.1 XRD分析  58-62
    4.3.2 穆斯堡尔谱分析  62-64
    4.3.3 真空紫外发光性能  64-71
    4.3.4 电子顺磁共振  71-72
  4.4.小结  72-73
  参考文献  73-76
第五章 Ba_(0.75)Al_(11)O_(17.25)-BaMgAl_(10)O_(17):0.1Mn~(2+)固溶体的发光性能研究  76-88
  5.1 引言  76-77
  5.2 实验部分  77
  5.3 结果与讨论  77-85
    5.3.1 XRD分析  77-79
    5.3.2 真空紫外发光性能  79-85
  5.4 小结  85
  参考文献  85-88
第六章 BaAl_(12)O_(19):Mn~(2+)的掺杂改性及其发光性能研究  88-120
  6.1 引言  88-89
  6.2 实验部分  89-90
  6.3 ns~2型离子掺杂对BaAl_(12)O_(19):Mn~(2+)发光性能的影响  90-108
    6.3.1 Ba_(1-x)Bi_xAl_(11.9)O_(19):0.1Mn~(2+)  90-96
    6.3.2 Ba_(1-x)Sb_xAl_(11.9)O_(19):0.1Mn~(2+)  96-103
    6.3.3 Ba_(1-x)Sn_xAl_(11.9)O_(19):0.1Mn~(2+)  103-108
  6.4 Zn~(2+)掺杂对BaAl_(12)O_(19):Mn~(2+)发光性能的影响  108-115
    6.4.1 XRD分析  108-111
    6.4.2 真空紫外发光性能  111-115
  6.5 小结  115-116
  参考文献  116-120
第七章 纳米Mn~(2+)激活六铝酸钡的制备及其发光特性  120-141
  7.1 引言  120
  7.2 反相微乳法制备BaAl_(12)O_(19)纳米颗粒及其形貌控制  120-129
    7.2.1 洗涤剂对样品的影响  121-122
    7.2.2 煅烧温度对BaAl_(12)O_(19)合成的影响  122-126
    7.2.3 BaAl_(12)O_(19)颗粒的形貌控制  126-128
    7.2.4 陈化时间对产物的影响  128-129
  7.3 球形纳米Ba_(1-x)Al_(11.9)O_(19):0.1Mn~(2+),xEu~(2+)(x=0,0.001)的制备及其发光特性  129-135
    7.3.1 实验部分  129
    7.3.2 结果与讨论  129-135
  7.4 球形纳米Ba_(0.75)Al_(11-x)O_(17.25):xMn~(2+)的制备及其发光特性  135-138
    7.4.1 实验部分  135-136
    7.4.2 结果与讨论  136-138
  7.5 小结  138
  参考文献  138-141
第八章 溶胶—凝胶法制备MF_2(M=Mg,Ca)包覆BaMgAl_(10)O_(17):Eu(BAM)及其发光特性  141-157
  8.1 引言  141-143
  8.2 实验部分  143
  8.3 结果与讨论  143-155
    8.3.1 MgF_2与CaF_2的合成  143-145
    8.3.2 XPS分析  145-146
    8.3.3 包覆后BAM的表面情况  146-149
    8.3.4 紫外激发下的发光性能及抗热衰减性能  149-152
    8.3.5 真空紫外激发下的发光性能及抗热衰减性能  152-155
  8.4 小结  155
  参考文献  155-157
第九章 LaMgAl_(11)O_(19):Dy~(3+),M(M=Bi~(3+),Sb~(3+),Zn~(2+))的制备与发光性能研究  157-189
  9.1 引言  157-158
  9.2 实验部分  158
  9.3 结果与讨论  158-184
    9.3.1 La_(0.96)MgAl_(11)O_(19):0.04Dy~(3+)  158-167
    9.3.2 La_(0.96-x)MgAl_(11)O_(19):0.04Dy~(3+),xBi~(3+)(x=0.01,0.03)  167-174
    9.3.3 La_(0.96-x)MgAl_(11)O_(19):0.04Dy~(3+),xSb~(3+)(x=0.01,0.03)  174-177
    9.3.4 La_(0.96-x)MgAl_(11)O_(19):0.04Dy~(3+),xZn~(2+)(x=0.01,0.03)  177-184
  9.4 小结  184-185
  参考文献  185-189
第十章 结论与展望  189-192
  10.1 结论  189-190
  10.2 展望  190-192
博士在读期间发表论文及申请专利  192-193
致谢  193

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 功能材料
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