摻稀土堿土硅（鍺、錫）酸鹽發(fā)光材料的制備、表征與發(fā)光性能研究.pdf

1、高性能稀土發(fā)光顯示材料在信息顯示技術(shù)的發(fā)展中起著重要作用。目前對(duì)稀土發(fā)光材料的粒徑、形貌以及基質(zhì)中不同半徑的陽(yáng)離子對(duì)其近紫外及真空紫外激發(fā)的發(fā)光性能的影響還缺乏系統(tǒng)的理論認(rèn)識(shí)。基于對(duì)稀土離子摻雜發(fā)光材料的研究進(jìn)展、存在問(wèn)題及其在顯示領(lǐng)域，特別是在等離子體平板顯示(PlasmaDisplayPanel，PDP)領(lǐng)域應(yīng)用前景的認(rèn)識(shí)，我們用高溫固相法、溶膠—凝膠法、溶膠—凝膠—微波法等方法制備了一系列稀土離子摻雜的堿土硅(鍺、錫)酸鹽發(fā)光材料

2、，M2SiO4：RE3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Eu3+，Tb3+)；M2GeO4：RE3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Sm3+，Eu3+，Tb3+)；M2SnO4：RE3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Eu3+，Tb3+)，研究了它們?cè)诮贤?NUV)和真空紫外(VUV)光激發(fā)下的發(fā)光性質(zhì)。詳細(xì)研究了不同制備方法及制備條件對(duì)稀土離子摻雜的硅(鍺、錫)酸鹽發(fā)光材料粒徑、

3、形貌的影響，從而進(jìn)一步研究了粒徑、形貌對(duì)其發(fā)光性能的影響，并初步研究了基質(zhì)中不同半徑的陽(yáng)離子對(duì)其發(fā)光性能的影響。本學(xué)位論文分6章撰寫。 第一章簡(jiǎn)要介紹了發(fā)光的基本概念，介紹了幾種重要的顯示技術(shù)以及所用熒光粉，重點(diǎn)介紹了PDP顯示技術(shù)及其所用熒光粉。由于稀土發(fā)光材料在熒光粉中具有舉足輕重的地位，因此我們?cè)敿?xì)介紹了稀土發(fā)光材料的制備以及表征。 第二章列出了本論文工作使用到的所有試劑及儀器設(shè)備。 第三章中用不同的方法制

4、備了M2SiO4：RE3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Eu3+，Tb3+)熒光粉并對(duì)其進(jìn)行表征，系統(tǒng)研究了制備方法對(duì)熒光粉粒徑及形貌的影響，進(jìn)而對(duì)其近紫外及真空紫外發(fā)光性能的影響。初步探討了由于陽(yáng)離子Mg2+，Ca2+，Sr2+半徑不同對(duì)稀土離子發(fā)光性能的影響，并詳細(xì)研究了共摻雜離子對(duì)稀土發(fā)光材料發(fā)光性能的影響，為熒光粉的優(yōu)化提供了一定的基礎(chǔ)。我們的研究結(jié)果表明，微波法和溶膠—凝膠法具有易控制粒徑和形貌的優(yōu)點(diǎn)。我們

5、用溶膠—凝膠—微波法得到了粒徑均勻，球形，粒徑在80～500nm范圍內(nèi)的熒光粉顆粒，比較符合PDP熒光粉的涂屏要求，對(duì)PDP熒光粉的應(yīng)用具有實(shí)際價(jià)值。當(dāng)我們用溶膠—凝膠法和高溫固相法在同一溫度燒結(jié)樣品時(shí)，熒光粉發(fā)光強(qiáng)度的順序?yàn)椋喝苣z—凝膠法＞高溫固相法。我們的試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，用不同方法制備的熒光粉發(fā)光強(qiáng)度的順序依次為：溶膠—凝膠法＞溶膠—凝膠—微波法＞高溫固相法。我們對(duì)熒光粉的近紫外熒光光譜研究表明，當(dāng)熒光粉M2SiO4：RE3+(M2+

6、=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Eu3+，Tb3+)中M離子依次為Sr2+、Ca2+和Mg2+的時(shí)候，Eu3+-O2-電荷遷移帶隨著堿土金屬陽(yáng)離子半徑的減小向短波方向移動(dòng)。隨著陽(yáng)離子半徑的減小，Eu3+的5D0→7F2躍遷和5D0→7F1躍遷的強(qiáng)度之比增大。同時(shí)我們還發(fā)現(xiàn)Eu3+或者Tb3+摻雜的熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度隨著陽(yáng)離子半徑的減小而增強(qiáng)。M2SiO4：Eu3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)熒光粉的發(fā)射光譜主要是Eu

7、3+的波長(zhǎng)在614nm附近的5D0→7F2特征躍遷；M2SiO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)熒光粉的發(fā)射光譜主要為Tb3+的波長(zhǎng)在543nm附近的5D4→7F5特征躍遷。Li+或者Al3+共摻雜可以增強(qiáng)Mg1.97Tb0.03SiO4熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度。M2SiO4：Eu3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)在真空紫外激發(fā)下沒(méi)有測(cè)到發(fā)光。M2SiO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)熒光粉的激發(fā)

8、光譜主要為150～185nm和210～240nm的兩個(gè)激發(fā)帶，150～185nm的激發(fā)帶主要來(lái)源于基質(zhì)在真空紫外區(qū)的吸收，部分來(lái)源于Tb3+離子的Tb3+-O2-電荷遷移帶，且與基質(zhì)帶存在部分重疊，210～240nm的激發(fā)帶是Tb3+的4f8-4f75d1(f-d)躍遷帶，在150nm和172nm激發(fā)下，M2SiO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)熒光粉的發(fā)射光譜主要為Tb3+的波長(zhǎng)在545nm附近的5D4→7F5特征

9、躍遷。我們用不同方法制備的熒光粉在150nm激發(fā)下，發(fā)光強(qiáng)度差別不大。而且當(dāng)熒光粉M2SiO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)中M離子依次為Sr2+、Ca2+和Mg2+的時(shí)候，在150nm激發(fā)下，熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度隨著堿土陽(yáng)離子半徑的減小而增強(qiáng)。制備的新熒光粉M2SiO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)可以作為PDP熒光粉的候選材料。 第四章我們制備了一系列新型的熒光粉M2GeO4：RE3+(M

10、2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Sm3+，Eu3+，Tb3+)并對(duì)其發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了研究，進(jìn)一步研究了基質(zhì)中陽(yáng)離子半徑不同對(duì)稀土離子近紫外和真空紫外發(fā)光性能的影響，開(kāi)發(fā)了一些具有PDP應(yīng)用潛力的新型熒光粉。我們對(duì)熒光粉的近紫外熒光光譜研究表明，當(dāng)熒光粉M2GeO4：RE3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Eu3+，Tb3+)中M2+離子依次為Sr2+、Ca2+和Mg2+的時(shí)候，隨著堿土陽(yáng)離子半徑的減小Eu3

11、+-O2-電荷遷移帶也向短波方向移動(dòng)。熒光粉M2GeO4：Eu3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)的發(fā)射光譜主要是Eu3+離子的5D0→7F2躍遷，熒光粉M2GeO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)發(fā)射光譜主要是Tb3+的特征5D4→7F5躍遷。當(dāng)熒光粉中M2+離子依次為Sr2+、Ca2+和Mg2+，隨著堿土陽(yáng)離子半徑的減小Eu3+和Tb3+摻雜的熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)。熒光粉Mg2GeO4：Sm3+的發(fā)射光譜位

12、置在631nm和659nm，作為紅色熒光粉，它比傳統(tǒng)的Eu3+離子在610nm左右的特征發(fā)射色坐標(biāo)要好。熒光粉M2GeO4：RE3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Sm3+，Eu3+，Tb3+)的漫反射光譜和激發(fā)光譜分析結(jié)果表明，熒光粉M2GeO4：RE3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Sm3+，Eu3+，Tb3+)基質(zhì)在200～350nm有吸收。由于Eu3+的Eu3+-O2-電荷遷移帶和Tb3+的

13、f-d躍遷與基質(zhì)的吸收有重疊，因此存在有效的能量傳遞。通過(guò)對(duì)熒光粉Mg2GeO4：Sm3+的漫反射光譜和激發(fā)光譜研究，我們可以看到熒光粉的激發(fā)光譜是250～340nm的激發(fā)帶，這個(gè)激發(fā)帶主要來(lái)源于基質(zhì)的吸收，200～230nm的弱的激發(fā)帶帶主要是Sm3+-O2-電荷遷移帶，基質(zhì)和Sm3+之間存在有效的能量傳遞。熒光粉Mg2GeO4：Eu3+在181nm附近的激發(fā)帶主要是基質(zhì)的吸收，當(dāng)用150am來(lái)激發(fā)熒光粉Mg2GeO4：Eu3+，發(fā)射

14、峰主要是Eu3+離子在610nm的特征5D0→7F2躍遷。而熒光粉M2GeO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)的VUV研究結(jié)果表明，由于Tb3+離子的4f-5d躍遷或Tb3+-O2-電荷遷移帶會(huì)出現(xiàn)在真空紫外區(qū)，因此和基質(zhì)之間可以進(jìn)行有效的能量傳遞。在150nm激發(fā)下，熒光粉M2GeO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)的發(fā)射峰主要對(duì)應(yīng)于Tb3+特征的5D4→7FJ(J=3，4，5，6)躍遷，其中以5D

15、4→7F5躍遷最強(qiáng)。我們制備的新型熒光粉Mg2GeO4：Eu3+和M2GeO4：Tb3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+)可以作為PDP熒光粉的候選材料。 第五章研究了一系列新型的熒光粉M2SnO4：RE3+(M2+=Mg2+，Ca2+，Sr2+，RE3+=Eu3+，Tb3+)并對(duì)其發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了研究。Eu3+或Tb3+摻雜的堿土金屬錫酸鹽熒光粉整體發(fā)光較弱。其中熒光粉Ca2SnO4：Eu3+，Ca2SnO4：Tb3+和S

16、r2SnO4：Eu3+發(fā)光較強(qiáng)。熒光粉Ca2SnO4：Eu3+的發(fā)射光譜主要是Eu3+特征的5D0→7F2躍遷，發(fā)射峰在613nm。熒光粉Ca2SnO4：Tb3+的激發(fā)峰在239nm附近，用239nm近紫外光激發(fā)樣品時(shí)，得到Tb3+的特征發(fā)射，其中以543nm處的5D4→7F5躍遷發(fā)光最強(qiáng)。熒光粉Sr2SnO4：Eu3+當(dāng)摻雜Eu3+的濃度較低時(shí)，Eu3+在595nm發(fā)射峰的強(qiáng)度要大于617nm的強(qiáng)度；當(dāng)Eu3+的摻雜濃度大于5mol％