【摘要】：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基質(zhì)的稀土發(fā)光材料,通過水熱法分別制備了Gd_2Zr_2O_7、Y_2Zr_2O_7熒光粉,摻雜激活離子(Eu~(3+),Tb~(3+))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Gd_2Zr_2O_7:Eu~(3+)紅色熒光粉,探索Eu~(3+)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譜圖分析表明不同Eu~(3+)摻雜濃度樣品(Gd1-xEux)_2Zr_2O_7的衍射峰基本一致,與標(biāo)準(zhǔn)物相卡片Gd_2Zr_2O_7(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2000-3000 nm,直徑在300 nm左右。PL分析表明,當(dāng)Eu~(3+)摻雜濃度達(dá)到4%時(shí),樣品在613 nm(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Gd_2Zr_2O_7:Tb~(3+)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,Gd_2Zr_2O_7:Tb~(3+)熒光粉的微觀一維納米棒直徑約為30 nm,長(zhǎng)度在150-300 nm范圍內(nèi)。PL測(cè)試結(jié)果表明,Tb~(3+)展現(xiàn)出了較強(qiáng)的綠光發(fā)射性能,歸屬于Tb~(3+)的5D4→7FJ(J=3-6)的電子躍遷發(fā)射,最強(qiáng)發(fā)射峰出現(xiàn)在545 nm(5D4→7F5)處,當(dāng)Tb~(3+)摻雜濃度為5%時(shí)出現(xiàn)了明顯的濃度猝滅,探討了Tb~(3+)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)_2Zr_2O_7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Y_2Zr_2O_7為基質(zhì)材料,采用水熱法制備Y_2Zr_2O_7:Tb~(3+)綠色熒光粉。熒光光譜分析表明,(Y1-x Tbx)2ZrO7熒光粉的最強(qiáng)發(fā)射峰歸屬于Tb~(3+)的5D4→7F5電子躍遷(545 nm)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)Tb~(3+)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30~70 nm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Y_2Zr_2O_7:Tb~(3+)熒光粉中Tb~(3+)的最優(yōu)摻雜比例的前提下,依次添加有機(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,具備高性能熒光粉的應(yīng)用潛力。
[Abstract]:The special 4f electrons of rare earth ions emit a great deal of radiation and fluorescence information in the f-f configuration and between the F-D configuration. They can emit electromagnetic radiation of various wavelengths from ultraviolet, visible to infrared regions. Their luminescence characteristics are high brightness, bright color, high color purity, strong light absorption ability and emission. In recent years, rare earth inorganic luminescent materials have become the backbone materials for illumination, display, optical communication, medical imaging and many other display fields, and the development and preparation of high-performance phosphors have become an important issue in the field of luminescent materials in the new era. Gd_2Zr_2O_7, Y_2Zr_2O_7 phosphors were synthesized by hydrothermal method with zirconate as the base material. Red and green light emission was achieved by doping active ions (Eu~ (3+), Tb~ (3+). The effects of different surfactants on improving the luminescent properties of phosphors were discussed. The main conclusions were as follows: 1. Gd_2Zr_2O_7 phosphors were prepared by hydrothermal method. X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (FE-SEM), fluorescence spectroscopy (PL) and other characterization methods were used to analyze the phase composition, microstructure and luminescent properties of Eu~ (3+) red phosphors. XRD spectra showed that the diffraction peaks of samples with different Eu~ (3+) doping concentrations (Gd1-xEux) _2Zr_2O_7 were basically the same. The microstructure of the sample was confirmed to be ordered pyrochlore structure. The FE-SEM observation showed that the microstructure of the sample was nanorods with a length of about 2000-3000 nm and a diameter of about 300 nm. PL analysis showed that when Eu~ (3+) doping concentration reached 4%, the sample was 613 nm (5D0-7F). 2) The luminescent intensity reaches the maximum value, but the doping intensity decreases and the concentration quenching occurs. The luminescent mechanism and the factors affecting the luminescent properties are explained and a scheme for further optimizing the luminescent properties is proposed. 2. Gd_2Zr_2O_7:Tb~ (3+) green phosphor is prepared by hydrothermal method and characterized by XRD, FE-SEM, TEM and PL. The results show that the diameter of Gd_2Zr_2O_7:Tb~ (3+) nanorods is about 30 nm and the length is in the range of 150-300 nm. The PL test results show that Tb~ (3+) exhibits a strong green emission property, belonging to the 5D4 7FJ (J = 3-6) of Tb~ (3+) and the strongest emission peak appears at 545 nm. At 5D4 7F5, the concentration quenching of Tb ~ (3 +) doping occurs when the concentration of Tb ~ (3 +) is 5%. The effect of cross-relaxation between Tb ~ (3 +) on the luminous intensity and optical purity is discussed. In this section, the contrast sample (Gd0.95Tb0.05) _2Zr_2O_7 prepared by high temperature solid-phase method is an irregular polygon with uneven size and slightly higher luminous intensity. 3. Y_2Zr_2O_7:Tb~ (3+) green phosphor was prepared by hydrothermal method using Y_2Zr_2O_7 as the substrate material. The fluorescence spectrum analysis showed that the strongest emission peak of the (Y1-x Tb x) 2ZrO_7 phosphor belonged to the strong green emission of the 5D4 7F5 electron transition (545 nm) of Tb~ (3+) when the concentration quenching occurred. The distance between Tb~ (3+) was calculated by formula. FE-SEM confirmed that the product was a hollow nanotube with an inner diameter of 80-130 nm, a wall thickness of 30-70 nm and a length of 3-5 micron. This kind of phosphor with high regularity of morphology and good dispersion has a good application prospect. On the premise of optimum doping ratio of Tb~ (3 +) in Y_2Zr_2O_7:Tb~ (3 +) phosphor, four surfactants, sodium dodecyl benzene sulfonate (SDBS), sodium dodecyl sulfate (SDS), non-ionic surfactant polyvinylpyrrolidone (PVP), organic salt disodium ethylenediaminetetraacetate (EDTA), were added to improve the luminescence intensity of phosphor. The results show that the surface active agent can obviously improve the light absorption ability, quantum efficiency and luminous intensity of phosphors. The luminous intensity of the phosphors doped with EDTA is 7 times higher than that of the samples without surfactant, and the micro-nano-scale of the phosphors is also obtained. The rice bar is uniform in size, smooth in surface and regular in shape. It has the potential of high performance phosphor.
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ422

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本文編號(hào)：2207974