稀土鋯酸鹽體系熒光粉的制備及發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土離子特殊的4f電子在f-f組態(tài)之內(nèi)及f-d組態(tài)之間的躍遷發(fā)射，可產(chǎn)生大量的輻射和熒光光譜信息。它們可以發(fā)射各類從紫外光、可見光到紅外光區(qū)多種波長(zhǎng)的電磁輻射。其發(fā)光特點(diǎn)具有:亮度高、色彩鮮艷、色純度高、光吸收能力強(qiáng)、發(fā)射波長(zhǎng)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。所以近幾年來，稀土無機(jī)發(fā)光材料已成為照明、顯示、光通訊及醫(yī)學(xué)影像等諸多顯示領(lǐng)域的支柱材料，研發(fā)制備高性能熒光粉已經(jīng)成為新時(shí)期發(fā)光材料領(lǐng)域的重要課題。鑒于此，根據(jù)稀土材料的理化性質(zhì)，本論文擬研究以鋯酸鹽為

2、基質(zhì)的稀土發(fā)光材料，通過水熱法分別制備了Gd2Zr2O7、Y2Zr2O7熒光粉，摻雜激活離子(Eu3+，Tb3+)實(shí)現(xiàn)紅、綠光發(fā)射，并討論不同表面活性劑在改善熒光粉發(fā)光性能方面的作用。得到的主要結(jié)論如下:
　　1.采用水熱法制備了Gd2Zr2O7∶Eu3+紅色熒光粉，探索Eu3+的最優(yōu)摻雜比例。采用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(FE-SEM)、熒光光譜(PL)等表征手段對(duì)熒光粉的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能進(jìn)行分析。XRD譜圖

3、分析表明不同Eu3+摻雜濃度樣品(Gd1-xEux)2Zr2O7的衍射峰基本一致，與標(biāo)準(zhǔn)物相卡片Gd2Zr2O7(JCPDS no.16-0799)相吻合并證實(shí)樣品的微觀結(jié)構(gòu)為有序的燒綠石結(jié)構(gòu)。由FE-SEM觀察可知樣品的微觀結(jié)構(gòu)為納米棒，長(zhǎng)度約為2000-3000nm，直徑在300nm左右。PL分析表明，當(dāng)Eu3+摻雜濃度達(dá)到4％時(shí)，樣品在613nm(5D0→7F2)處的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大值，繼續(xù)摻雜強(qiáng)度反而下降，出現(xiàn)了濃度猝滅現(xiàn)象。文

4、章著重對(duì)其發(fā)光機(jī)理、影響發(fā)光性能的因素給予解釋并提出進(jìn)一步優(yōu)化性能的方案;
　　2.采用水熱法制備Gd2Zr2O7∶Tb3+綠色熒光粉，通過XRD、FE-SEM、TEM、PL等表征手段對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，Gd2Zr2O7∶Tb3+熒光粉的微觀一維納米棒直徑約為30nm，長(zhǎng)度在150-300nm范圍內(nèi)。PL測(cè)試結(jié)果表明，Tb3+展現(xiàn)出了較強(qiáng)的綠光發(fā)射性能，歸屬于Tb3+的5D4→7FJ(J=3-6)的電子躍遷發(fā)射，最強(qiáng)發(fā)射

5、峰出現(xiàn)在545nm(5D4→7F5)處，當(dāng)Tb3+摻雜濃度為5％時(shí)出現(xiàn)了明顯的濃度猝滅，探討了Tb3+之間的交叉馳豫對(duì)發(fā)光強(qiáng)度及光純度的影響。本節(jié)采用高溫固相法制備的對(duì)比樣品(Gd0.95Tb0.05)2Zr2O7的微觀形貌為不規(guī)則的多邊形，尺寸不均勻，發(fā)光強(qiáng)度略高于水熱法。
　　3.以Y2Zr2O7為基質(zhì)材料，采用水熱法制備Y2Zr2O7∶Tb3+綠色熒光粉。熒光光譜分析表明，(Y1-xTbx)2ZrO7熒光粉的最強(qiáng)發(fā)射峰歸屬于

6、Tb3+的5D4→7F5電子躍遷(545nm)的強(qiáng)綠光發(fā)射，通過公式計(jì)算出發(fā)生濃度猝滅時(shí)Tb3+之間的距離并證實(shí)此時(shí)交叉馳豫是影響濃度猝滅的主要原因。FE-SEM證實(shí)，所制備的產(chǎn)物為空心納米管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)直徑約為80～130nm，管壁厚度在30～70nm范圍之間，長(zhǎng)度在3～5μm之間，這種形貌規(guī)則性高、分散性好的納米級(jí)熒光粉具有較好的應(yīng)用前景;
　　4.在已知Y2Zr2O7∶Tb3+熒光粉中Tb3+的最優(yōu)摻雜比例的前提下，依次添加有

7、機(jī)添加劑十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、非離子表面活性劑聚乙烯吡咯酮(PVP)、有機(jī)鹽類乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)四種表面活性劑來提高熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度。添加四種表面活性劑樣品的微觀顆粒為納米棒結(jié)構(gòu)。通過與無添加樣品對(duì)比可知，表面活性劑可明顯提高熒光粉的光吸收能力、量子效率、發(fā)光強(qiáng)度，其中摻雜有EDTA的熒光粉其發(fā)光強(qiáng)度是無表面活性劑添加樣品的7倍，同時(shí)其微觀納米棒尺寸均勻、表面光滑，形貌規(guī)則性良好，具備高性能熒