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燃烧法合成铝酸盐稀土发光材料及其发光性研究

李峻峰  
【摘要】:稀土发光材料具有发光亮度高、余辉时间长、发射光波长可调、无辐射无污染等优异性能特点,是新一代的发光材料,成为了目前国内外发光材料的研究热点。其中,铝酸盐稀土发光材料具有相对优异的光、热稳定性和化学稳定性等综合性能,是现代社会中应用极广泛的一类稀土发光材料。目前对稀土发光材料合成方法的研究较多,主要有高温固相法、溶胶—凝胶法、化学沉淀法、水热合成法、微波合成法、燃烧合成法等,其中高温固相法是目前最为成熟的一种合成方法,已实现工业化生产。但由于其反应温度高、时间长、能耗高导致的高成本是该方法难以克服的缺陷。燃烧法作为一种新的发光材料合成方法,虽然研究时间不长,但是表现出很好的应用前景,成为极有希望实现简单、快速、节能、高效、优质地合发光材料的方法。 本研究以硝酸盐和尿素为初始原料,采用燃烧法成功合成了MAl_2O_4:Tb~(3+)和MAl_2O_4:Eu~(2+)(M为Mg、Ca、Sr或Ba)系列发光粉。利用XRD、SEM、荧光分光光度计等分析测试手段,对影响合成物的物相组成、微结构以及发光性能的燃烧合成工艺进行了研究。通过实验确定了前驱物合成过程中溶解稀土氧化物所用硝酸的量、溶解原料用水量,以及燃烧反应的引发温度、助燃剂(尿素)的用量、燃烧气氛环境、稀土离子掺杂量等基本工艺参数。 在Tb~(3+)掺杂的碱土金属铝酸盐系列中,分别研究了Tb~(3+)在铝酸镁、铝酸钙、铝酸锶、铝酸钡基质中的发光情况,对比研究了不同铝酸盐基质对Tb~(3+)发光的影响。研究认为Tb~(3+)的发光为f-f跃迁,基质碱土金属阳离子半径和基质晶体环境的变化对Tb~(3+)的发光影响很小。研究了掺杂Ce~(3+)对Tb~(3+)发光的影响,证实了Ce~(3+)对Tb~(3+)的敏化作用。 在Eu~(2+)掺杂的碱土金属铝酸盐系列中,分别研究了Eu~(2+)在铝酸镁、铝酸钙、铝酸锶、铝酸钡基质中的发光情况,发现了Eu离子在MgAl_2O_4中发红光的现象。对比研究了铝酸钙、铝酸锶、铝酸钡基质对Eu~(2+)发光的影响,研究认为Eu~(2+)在铝酸钙、铝酸锶、铝酸钡中的发光属于d-f跃迁,基质碱土金属阳离子半径和基质晶体环境的变化对Eu~(2+)的发光影响很大。本论文还研究了掺杂Dy~(3+)对Eu~(2+)发光的影响,提出了电子陷阱模型用于解释SrAl_2O_4:Eu~(2+),Dy~(3+)的长余辉现象。


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