稀土摻雜氧化物顯示用熒光粉的合成與發(fā)光性質研究.pdf

1、自1964年發(fā)現(xiàn) Y2O3:Eu是一種高效紅色熒光粉以來，稀土發(fā)光材料經(jīng)歷近45年的迅猛發(fā)展，己成為信息顯示、照明光源、光電器件等領域的支撐材料，為社會發(fā)展和技術進步發(fā)揮著日益重要的作用。顯示技術的發(fā)展向著高清晰、數(shù)字化、平板化的發(fā)展方向逐步邁進，對稀土發(fā)光材料的開發(fā)和改進也提出了新的要求。另外，大功率紅外半導體激光器的成熟為上轉換顯示器的研發(fā)開拓了新的契機，因此，對上轉換熒光粉的性能研究將加速上轉換顯示的實際應用。本文提出利用蔗糖燃燒

2、法合成納米熒光粉，研究合成機理及影響產(chǎn)物表面形貌、發(fā)光性能的因素。以顯示、照明用熒光粉為研究對象，在合成方法、上轉換熒光增強、熒光粉包覆及顏色調控等方面進行了實驗研究和理論論證。
　　首次采用蔗糖燃燒法合成納米級 Y2O3:Eu和Gd2O3:Eu熒光粉，研究了蔗糖絡合機理和實驗條件對粉體表面形貌和發(fā)光性能的影響。蔗糖燃燒法降低了熒光粉的成相溫度；燃燒過程中產(chǎn)生的熱量和氣體之間存在競爭關系，影響樣品表面形貌和發(fā)光性能；實驗結果表明后

3、處理溫度高，蔗糖濃度大能夠減少熒光粉處于表面態(tài)的Eu3+。蔗糖燃燒法還可以制備其他發(fā)光材料，是一種能夠廣泛推廣的低廉的發(fā)光材料合成方法。
　　考察基質材料結構的對稱性降低引起的上轉換發(fā)光增強。對具有低對稱性結構的單斜相 Gd2O3:Er熒光粉的Stokes發(fā)光及上轉換熒光強度與摻雜濃度的依賴關系及發(fā)光機制做了詳細的討論。研究發(fā)現(xiàn)，上轉換熒光強度隨摻雜濃度的增加而增強；與立方相 Gd2O3:Er熒光粉的對比研究發(fā)現(xiàn)，單斜相較立方相可

4、提供更多的摻雜格位，增強了離子間能量傳遞幾率，有利于增強上轉換發(fā)光；速率方程推到結果證實了相鄰 Er3+間的能量傳遞4I11/2+4I11/2→4F9/2+4I13/2是紅光和藍光增強的主要原因。實驗結果及理論論證認為單斜相較立方相更有利于增強上轉換發(fā)光。
　　以摻雜的形式向基質晶格中引入雜質離子或敏化劑實現(xiàn)熒光增強。對Gd2O3:Zn,Er多晶粉末的結構和Stokes發(fā)光及上轉換發(fā)光性質研究表明，隨Zn2+摻雜量的增加，熒光強度

5、表現(xiàn)出先增加后減小，但并沒有改變上轉換發(fā)光機制；Zn2+從替代式摻雜逐漸轉變成間隙式摻雜，最后以氧化鋅形式析出。分析認為 Zn2+的摻雜向晶格中引入了大量氧空位缺陷，造成晶格對稱性降低，導致熒光增強。以 Y2O3:Ho,Yb熒光粉為研究對象，考察了不同Ho3+摻雜濃度對應的上轉換發(fā)光機制。研究發(fā)現(xiàn)，敏化劑濃度不變的情況下，隨 Ho3+濃度減小整體熒光強度增加。結合速率方程分析發(fā)現(xiàn)，中間能級5I6和5I7的布居方式影響上轉換發(fā)光機制。實驗

6、結果表明，向基質晶格中適當引入缺陷造成的晶格對稱性降低以及適當調節(jié)激活離子和敏化劑的濃度可以提高上轉換熒光強度。
　　分別以多摻雜和熒光粉混合的方法對上轉換熒光進行顏色調制。對Y2O3:Ho,Tm,Yb的多色上轉換熒光進行考察并討論了 Tm3+和Ho3+之間的能量傳遞。研究發(fā)現(xiàn)隨 Ho3+離子濃度增加，Ho3+（5I6）與Tm3+（3H5）之間的能量傳遞增強，同時，上轉換熒光顏色得到調節(jié)。以不同質量比混合Gd2O3:6Er和Gd2

7、O3:0.2Tm,3Yb多晶粉末得到多色上轉換熒光粉，通過調整質量比以調節(jié)混合熒光的顏色及相關色溫。熒光粉的SiO2包覆阻止了顆粒間的熒光再吸收并提高了粉體的涂覆性能。這種方法幾乎不受摻雜濃度引起的熒光淬滅影響，可以極大的利用具有最佳發(fā)光強度的熒光粉，因此得到的多色熒光粉的發(fā)光亮度最高。
　　本文介紹了蔗糖燃燒法合成粉體發(fā)光材料，嘗試了摻雜及結構改變增強熒光發(fā)射，分別利用多摻雜和混合熒光粉的方法對上轉換熒光粉進行顏色調制并利用 S