稀土鐠摻雜的鈦酸鈣紅色長余輝材料的改進(jìn)合成及發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土離子鐠摻雜的堿土金屬鈦酸鹽是一類化學(xué)性能穩(wěn)定、色純度高的紅色長余輝發(fā)光材料，其余輝呈慢衰減的特性。自1997年新型發(fā)光材料CaTiO3:Pr3+應(yīng)用到顯示領(lǐng)域以來，Pr3+摻雜堿土金屬鈦酸鹽(M=Ca、Sr、Ba)作為一種極具潛力的氧化基發(fā)光材料引起人們極大的關(guān)注。Pr3+摻雜堿土金屬鈦酸鹽(M=Ca、Sr、Ba)是色坐標(biāo)x=0.680、y=0.311的發(fā)射純正紅光的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。CaTiO3:Pr3+的激發(fā)光譜為一寬帶峰，峰值在32

2、4nm，屬于Pr3+的3H4→4f5d躍遷；其發(fā)射峰呈銳線狀，發(fā)射峰在614nm左右，對應(yīng)于Pr3+的1D2→3H4轉(zhuǎn)換。 本文首先介紹了長余輝發(fā)光材料的發(fā)光機(jī)理及研究現(xiàn)狀、長余輝材料的合成方法、稀土離子鐠摻雜的鈦酸鈣紅色長余輝材料的研究展望及選題的意義。 接著，從引入其它輔助方法、改進(jìn)合成方法及改變基質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面綜述了影響發(fā)光性能的因素。在眾多研究者研究探索的基礎(chǔ)上，探討了使用超聲輔助方法、微波輔助方法、以草酸鹽作為前

3、驅(qū)體的低溫固相法以及摻入二氧化硅做支撐劑等方面來合成稀土鐠摻雜的鈦酸鈣紅色長余輝材料。這些方法的合成過程尤其是前處理過程較簡單、能有效的降低目標(biāo)產(chǎn)物的合成溫度、縮短高溫灼燒時間，所得產(chǎn)物粒徑分布均勻、且具有較好的發(fā)光性能。 采用超聲分散技術(shù)合成了稀土鐠摻雜的鈦酸鈣長余輝材料。用XRD粉末衍射儀、透射電子顯微鏡、熒光/磷光發(fā)光光度計和屏幕亮度計分別對樣品晶形、粒徑、發(fā)光特性等進(jìn)行了測定。通過對比目標(biāo)產(chǎn)物發(fā)光性能的測試結(jié)果表明：采用

4、超聲分散輔助技術(shù)后在900℃空氣氣氛下灼燒6h合成樣品的發(fā)光性能優(yōu)于采用水浴攪拌法混合在相同合成條件下制得的稀土鐠摻雜的鈦酸鈣紅色長余輝材料的發(fā)光性能。于是得出了這樣的結(jié)論：采用超聲分散輔助技術(shù)可以顯著的提高稀土鐠摻雜的鈦酸鈣紅色長余輝材料的發(fā)光性能。另外，與傳統(tǒng)高溫固相法相比：采用此種方法合成樣品所需的灼燒溫度較低，易制得顆粒大小均勻的粉末產(chǎn)品。 采用微波輔助方法合成了紅色長余輝材料CaTiO3:Pr3+。用熱重分析儀對前軀體

5、進(jìn)行了失重分析；用XRD粉末衍射儀、透射電子顯微鏡、熒光/磷光發(fā)光光度計和屏幕亮度計分別對樣品晶形、粒徑分布、發(fā)光特性進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：微波輻照時間和輻照功率對CaTiO3:Pr3+磷光體的發(fā)光特性有較大的影響。通過對比經(jīng)微波輻照和未經(jīng)微波輻照的樣品電鏡圖發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過微波輻照的樣品的表面形貌有明顯的改進(jìn)。當(dāng)微波輻照功率為300W，輻照時間為15min，灼燒溫度900℃，灼燒時間2h時，可以合成出發(fā)光性能較好、粒子大小規(guī)整的橢圓形CaT

6、iO3:Pr3+紅色長余輝磷光體。與傳統(tǒng)的固相反應(yīng)相比，微波輔助合成過程所需的灼燒時間較短、灼燒溫度較低。 以醋酸鈣、草酸、鈦酸四丁酯為原料，采用低溫固相法成功的合成了稀土鐠摻雜的鈦酸鈣紅色長余輝材料。用熱重分析儀對前軀體進(jìn)行了失重分析；用XRD粉末衍射儀、透射電子顯微鏡、熒光/磷光發(fā)光光度計和屏幕亮度計分別對樣品的晶形、粒徑分布、發(fā)光特性進(jìn)行了測定。結(jié)果表明：灼燒溫度和灼燒時間對CaTiO3:Pr3+磷光體的晶體結(jié)構(gòu)有影響。磷

7、光體的余輝時間與灼燒溫度和Pr3+濃度有關(guān)。采用以草酸鹽作為前驅(qū)體通過低溫固相法在900℃灼燒6小時合成了具有理想晶體結(jié)構(gòu)、高亮度、粒子大小均勻的CaTiO3:Pr3+紅色長余輝磷光體。實驗發(fā)現(xiàn)：激發(fā)后，草酸鹽前驅(qū)體也具有紅色長余輝特性。和傳統(tǒng)的高溫固相法相比，此法為在較低溫度下合成其它磷光體提供了一種新的思路。 以硼酸為助溶劑，以二氧化硅作為支撐劑采用改進(jìn)固相法合成了CaTi0.5Si0.5O3:Pr3+紅色長余輝磷光體。結(jié)果

8、表明：添加二氧化硅能夠改善CaTiO3:Pr3+的發(fā)光性能，并且其發(fā)光強(qiáng)度與Pr3+濃度和灼燒時間等因素有關(guān)。此外，通過比較CaTi0.5Si0.5O3:Pr3+和CaTiO3:Pr3+磷光體的電鏡圖發(fā)現(xiàn)：二氧化硅還對CaTi0.5Si0.5O3:Pr3+的微觀結(jié)構(gòu)有顯著的影響。研究表明：當(dāng)灼燒溫度為900℃，灼燒時間為6h，Pr3+的加入量為0.04％(mol)時，CaTi0.5Si0.5O3:Pr3+磷光體的發(fā)光性能最佳。