溶胶凝胶法制备sr3al2o6_eu2红色长余辉发光材_料与发光性能的研究毕业论文(编辑修改稿)

溶胶凝胶法制备sr3al2o6_eu2红色长余辉发光材_料与发光性能的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

杂量对余辉时间和初始亮度的影响 ................................................... 40 煅烧温度对 Sr3Al2O6 :Eu2+,Dy3+发光材料的影响 .................................................. 41 实验技术方案 .......................................................................................... 42 煅烧温度对物相的影响 ............................................................................ 42 煅烧温度对发光性能的影响 ..................................................................... 43 升温速率对 Sr3Al2O6 :Eu2+,Dy3+发光材料的影响 .................................................. 45 实验技术方案 .......................................................................................... 45 升温速率对物相的影响 ............................................................................ 46 升温速率发射光谱的影响 ........................................................................ 46 升温速率初始亮度和余辉时间的影响 ....................................................... 47 H3BO3掺杂量对 Sr3Al2O6:Eu2+,Dy3+发光材料的影响 ............................................ 48 实验技术方案 .......................................................................................... 49 H3BO3掺杂量对物相的影响 ...................................................................... 49 H3BO3掺杂量对发光性能的影响 ............................................................... 49 第五章 Sr3Al2O6:Eu2+,Pr3+红色长余辉发光性能的研究 ..................................................... 52 实验技术方案 ................................................................................................... 52 Pr3+离子掺杂对物相的影响 ................................................................................. 52 Pr3+离子掺杂对发光性能的影响 .......................................................................... 52 第六章 结论和展望 ........................................................................................................ 56 结论 ................................................................................................................. 56 展望 ................................................................................................................. 57 参考文献 ........................................................................................................................ 58 致 谢 ............................................................................................................................. 67 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 .......................................................................... 68 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪论 长余辉发光材料概述 物体受到诸如光照、外加电场或电子束轰击等的激发后，吸收外界能量，处于激发态，它在跃迁回基态的过程中，吸收的能量会以光、热等形式释放，如果这部分能量是以光的电磁波形式辐射出来，即称 这种物体为发光体，或称发光材料。 发光材料一般是由基质（主体）和掺杂物两部分组成。 掺杂物质包括激活剂、敏化剂、助熔剂等。 基质在发光材料中一般起禁锢激活离子和吸收能量的作用。 在有的发光材料中，基质仅仅是起到禁锢激活离子的作用，有的基质同时发挥禁锢激活离子和吸收能量两种作用。 基质是发光材料的主体，在发光材料中的含量一般都在 90%以上。 激活剂尽管在发光材料中的含量非常少，一般为基质材料的几十到几百分之一，但激活剂在发光材料发光过程中却起着核心作用。 在一种发光材料中，可能有一种激活剂离子也可能有两种或两种以上的激 活剂离子。 在具有一种激活离子的发光材料当中，激活离子起发光中心的作用，它与基质晶格或本身离子之间可能存在着能量传递的作用；在具有两种以上激活离子的发光材料中，有的激活离子可能并不起到发光的作用，仅起能量传递的作用，将能量通过自身离子传递给另一种离子，起到增强发光亮度、延长余辉时间的作用，这种离子被称为敏化剂 ，又称辅助激活剂。 有的激活剂离子既参与发光同时对其它的激活离子具有敏化作用。 激活剂是相对于某种基质而言的，某种激活离子并不是在所有的基质中都具有发光的作用。 敏化剂也是相对于某种基质当中的激活剂而言的，并不 是对所有的激活剂具有敏化作用。 助熔剂是当有的发光材料合成温度很高时，为了降低温度，达到节能、节时、降低成本的目的，人们在发光材料当中添加的另外一种杂质。 这种杂质能够降低材料的合成温度，对其发光性能又不具有负作用。 有的助熔剂会同时起到助熔和补偿电荷的作用。 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 目前，按照激发能量方式的不同，发光材料主要可分为如下几种 [l,2]： （ 1）紫外光、可见光及红外光激发而发光的光致发光材料。 按其发光性能、应用范围的不同，光致发光材料又分为长余辉发光材料、灯用发光材料和多光子发光材料等。 （ 2）电子束流激发而发光的阴极射 线发光材料。 （ 3）电场激发而发光的电（或场）致发光材料。 （ 4）两种或两种以上的化学物质之间的化学反应而引起发光的化学发光材料。 （ 5） X射线激发而发光的 X射线发光材料。 （ 6）用天然或人造放射性物质辐照而发光的放射性发光材料。 本论文讨论的为光致发光材料中的长余辉发光材料。 红色长余辉发光材料研究现状 近年来，随着非放射性长余辉发光材料在交通安全标志、紧急突发事件的照明设施、航空及汽车的仪表显示、工艺美术涂料等众多领域越来越广泛的应用，非放射性长余辉发光材料的研究逐渐引起人们的重视 [3,4,5]。 在非放射性长余辉发光材料的研究中，由于 黄 绿色和蓝 绿 色长余辉发光材料的制备工艺己逐渐趋向成熟，使人们把重点放在了红色长余辉发光材料的合成及其性能的研究上。 早期的红色发光材料由于余辉时间短，遇雨水易分解等缺点使它的应用受到限制，但由于红色发光材料特殊的光学特性，使其在许多领域急需应用。 红光既是夜间显示和室内装演的重要颜色，也是绿色植物光合作用的主要来源 [6]。 因此合成具有优良耐候性的新型红色长余辉发光材料具有广泛的应用前景和重要的社会价值。 目前，按照其基质的不同，红色长余辉发光材料一般分为以下几个体系：硫化 物体系、硫氧化物体系、钛酸盐体系、硅酸盐体系和铝酸盐体系。 下面详细介绍红色长余辉材料各个体系的特点和发光特征。 硫化物体系 最初人们采用在发绿光的硫化锌中添加镉的方法来得到红色长余辉发光材料，但是硫化镉的毒性限制了它在许多行业的应用。 后来，人们通过改变硫化物太原理工大学硕士研究生学位论文 3 中的碱土金属阳离子和激活剂来消除硫化物的毒副作用并提高其发光性能。 通过多年的努力，得到具有代表性的硫化物体系，化学式表示为 CaxSr1xS:Eu2+,M，其中 M是共激活剂，可选用 Bi、 Sm、 Gd、 Tm等稀土元素 [710]。 CaxSr1xS:Eu2+,M的激发光谱为宽带谱，发射峰位于 600～ 630nm之间，余辉时间最长达到 187min[7]。 Eu2+作为激活剂，其红色发射归属于 Eu2+的 4f65d1→4f 7间电子跃迁发射。 袁曦明等 [8]研究了 CaS:Eu2+, Tm3+红色长余辉材料的合成工艺，讨论了 Tm3+作为敏化剂对红色长余辉发光亮度及其余辉机制的影响。 贾冬冬等 [9]的研究表明 Tm3+离子的作用是引入新的陷阱能级，进而改变电子空穴转移机制，使基质空穴的浓度降低，减缓了跃迁速度，延长了余辉时间。 张英兰等 [10]在Ca1xSrxS:Eu2+中掺入 Dy3+和 Er3+离子， Dy3+和 Er3+的加入可使 Ca1xSrxS:Eu2+的余辉时间变长，发光亮度增强，主要是由于 Dy3+和 Er3+均具有复杂的电子能级结构，有利于光能的吸收并发生最佳的能量传递，作为一种共激活剂使得发光材料亮度增强。 同时，第二种杂质离子的引入有助于产生某种深陷阱能级，俘获了部分能量，使得发光材料的余辉时间有大幅度提高。 张迈生等 [11]利用微波法合成了CaS:Bi3+,Eu2+。 研究表明，过渡金属 Bi3+离子对 CaS:Eu2+体系中 Eu2+的发光也有很强的敏化和增强作用。 这是 由于室温下 Bi3+的 3P1→ 1S0跃迁的发射峰值强烈地依赖于基质晶格，在合适的基质条件下， Bi3+的发射峰可能会处于 Eu2+的带状激发光谱区域，从而在 Bi3+Eu2+之间发生有效的能量传递。 Bi3+将吸收的能量无辐射传递给 Eu2+，显著增强 Eu2+的红色发射。 他们 [12]还研究了 CaS:Eu2+,Sm3+体系中 Sm3+对 Eu2+的能量传递机制，与 Bi3+Eu2+之间发生的能量传递类似。 Sm3+的线状发射光谱与 CaS:Eu2+的宽带激发光谱吸收峰存在着良好的重叠，使 Sm3+Eu2+之间有条件发生共振能量 传递，增强了 Eu2+红色发光强度。 CaxSr1xS:Eu2+,M作为硫化物体系的第一代红色长余辉材料，其突出的优点是体色鲜艳，发光颜色多样，弱光下吸光速度快，而且硬度小。 但缺点是发光亮度和余辉时间不佳，发光衰减快；其次是化学性质不稳定，耐侯性差，易潮解；而且这类含硫材料的生产过程对环境污染大，进而限制了这类材料的应用。 近年来，人们提出了利用材料包膜、改进制备工艺等手段来克服这些缺点。 戴国瑞等 [7]首次提出利用旋涂乳胶热分解 SiO2包膜技术，提高 SrS:Eu,Er红色长余辉材料的稳定性。 卢利平等 [13]利 用湿法制备了 SrS:Eu,Sm红色长余辉发光材料。 但均未获得太原理工大学硕士研究生学位论文 4 有实际意义的结果，也使其应用未能获得突破性进展。 硫氧化物体系 以 Y2O2S为基质的红色长余辉发光材料的最早报道是肖志国 [14]。 1999年，Murazaki等 [15]也报道了在 Y2O2S:Eu3+材料中观察到红色长余辉发光。 此后引起了广泛的关注，国内外关于硫氧化物体系红色长余辉发光的研究报道逐渐增多[1625]。 基质材料从传统的 Y2O2S拓展到 (Y,Gd)2O2S， Gd2O2S和 La2O2S等 [1619]；激活剂离子从最初的单一 Eu3+扩展到 Sm3+， Tm3+以及与 Mg2+， Ti4+， Sr2+， Ca2+和Ba2+等离子共掺杂 [1725]；合成方法也从传统的高温固相法过渡到微波合成等新技术手段 [18]。 宋春燕等 [17]报道了新型基质材料的橙红色长余辉发光材料 Gd2O2S:Sm3+，这是一种具备良好长余辉特性的新型发光材料。 Gd2O2S和 Y2O2S具有相同的基质晶格结构， Gd2O2S:Sm3+的荧光激发和发射光谱与 Y2O2S:Sm3+也十分相似。 此外，李进等 [26。