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稀土掺杂硼酸盐荧光粉的可控制备及性能研究

冷稚华  
【摘要】:硼酸盐材料由于其具有较大的电子带隙、较强的荧光强度、特殊光学损伤阈值等光学性质,是作为制备稀土掺杂荧光粉基质的比较理想的材料之一。论文主要利用高温固相法、水热法制备了几种稀土掺杂硼酸盐荧光粉,并对稀土离子之间的能量传递过程、水热条件对产物形貌以及发光性质的影响、不同形貌产物的形成机理、猝灭浓度等进行了研究。论文主要内容有:1.以K+为电荷补偿剂,利用高温固相法制备了一系列Dy3+/Tb3+/Eu3+掺杂的KSr4(BO3)3荧光粉。实验结果表明:在KSr4(BO3)3基质中存在Dy3+→Tb3+、Dy3+→Eu3+能量传递过程,且能量传递机理都归因于偶极-偶极能量传递过程。随着Tb3+/Eu3+的浓度增加,能量传递效率分别达到60%/20%,且KSr4(BO3)3:0.005Dy3+,x Tb3+/y Eu3+系列荧光粉的发光颜色分别从Dy3+的蓝白色向Tb3+(绿色)/Eu3+(红色)的颜色过渡。其中,KSr4(BO3)3:0.005Dy3+,0.015Eu3+荧光粉的色坐标(0.334,0.351)与标准白光(0.33,0.33)非常接近。2.利用共沉淀法制备的均一Ln(OH)CO3(Ln=Y,Gd,Lu)亚微米胶体球与不同硼源(Na2B4O7·10H2O,Na BO2·4H2O,H3BO3)在水热条件下反应成功制备了不同形貌的Ln BO3(Ln=Y,Gd,Lu)。硼源的用量、溶剂的组成分别对产物的形貌有较大的影响。不同形貌的Ln BO3(Ln=Y,Gd,Lu)产物形成过程可分别归因于:溶解重结晶、Ostwald熟化、两步生长过程/初级粒子边缘的晶格张力或表面相互作用。不同形貌产物的几何外形、结晶度对它们发光性质有较大影响,且Eu3+/Tb3+在Ln BO3(Ln=Y,Gd,Lu)基质中都具有较高的猝灭浓度。3.利用Gd(OH)3纳米棒前驱体与不同硼源(H3BO3,Na2B4O7·10H2O,Na BO2·4H2O)之间的水热反应制备了不同形貌的Gd BO3。层饼状、花状、树叶状Gd BO3产物的形成分别经历了不同的生长过程:定向附着、溶解重结晶、定向生长。形貌和比表面积的不同导致了Eu3+掺杂的产物具有不同的发光强度:花状产物树叶状产物层饼状产物。且在花状产物中Eu3+具有较高的猝灭浓度,猝灭浓度为0.25。Gd BO3:0.25Eu3+的量子效率为14.3%,高于商用红色荧光粉Y2O3:Eu3+的量子效率(12.2%)。


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