导　　师： 龚孟濂;谢国伟

学科专业： G0301

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中山大学

摘　　要： 高性能稀土发光显示材料在信息显示技术的发展中起着重要作用。目前对稀土发光材料的粒径、形貌以及基质中不同半径的阳离子对其近紫外及真空紫外激发的发光性能的影响还缺乏系统的理论认识。基于对稀土离子掺杂发光材料的研究进展、存在问题及其在显示领域，特别是在等离子体平板显示(plasmadisplaypanel，pdp)领域应用前景的认识，我们用高温固相法、溶胶—凝胶法、溶胶—凝胶—微波法等方法制备了一系列稀土离子掺杂的碱土硅(锗、锡)酸盐发光材料，m2sio4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=eu3+，tb3+)；m2geo4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=sm3+，eu3+，tb3+)；m2sno4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=eu3+，tb3+)，研究了它们在近紫外(nuv)和真空紫外(vuv)光激发下的发光性质。详细研究了不同制备方法及制备条件对稀土离子掺杂的硅(锗、锡)酸盐发光材料粒径、形貌的影响，从而进一步研究了粒径、形貌对其发光性能的影响，并初步研究了基质中不同半径的阳离子对其发光性能的影响。本学位论文分6章撰写。 第一章简要介绍了发光的基本概念，介绍了几种重要的显示技术以及所用荧光粉，重点介绍了pdp显示技术及其所用荧光粉。由于稀土发光材料在荧光粉中具有举足轻重的地位，因此我们详细介绍了稀土发光材料的制备以及表征。 第二章列出了本论文工作使用到的所有试剂及仪器设备。 第三章中用不同的方法制备了m2sio4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=eu3+，tb3+)荧光粉并对其进行表征，系统研究了制备方法对荧光粉粒径及形貌的影响，进而对其近紫外及真空紫外发光性能的影响。初步探讨了由于阳离子mg2+，ca2+，sr2+半径不同对稀土离子发光性能的影响，并详细研究了共掺杂离子对稀土发光材料发光性能的影响，为荧光粉的优化提供了一定的基础。我们的研究结果表明，微波法和溶胶—凝胶法具有易控制粒径和形貌的优点。我们用溶胶—凝胶—微波法得到了粒径均匀，球形，粒径在80～500nm范围内的荧光粉颗粒，比较符合pdp荧光粉的涂屏要求，对pdp荧光粉的应用具有实际价值。当我们用溶胶—凝胶法和高温固相法在同一温度烧结样品时，荧光粉发光强度的顺序为：溶胶—凝胶法＞高温固相法。我们的试验结果说明，用不同方法制备的荧光粉发光强度的顺序依次为：溶胶—凝胶法＞溶胶—凝胶—微波法＞高温固相法。我们对荧光粉的近紫外荧光光谱研究表明，当荧光粉m2sio4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=eu3+，tb3+)中m离子依次为sr2+、ca2+和mg2+的时候，eu3+-o2-电荷迁移带随着碱土金属阳离子半径的减小向短波方向移动。随着阳离子半径的减小，eu3+的5d0→7f2跃迁和5d0→7f1跃迁的强度之比增大。同时我们还发现eu3+或者tb3+掺杂的荧光粉的发光强度随着阳离子半径的减小而增强。m2sio4：eu3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)荧光粉的发射光谱主要是eu3+的波长在614nm附近的5d0→7f2特征跃迁；m2sio4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)荧光粉的发射光谱主要为tb3+的波长在543nm附近的5d4→7f5特征跃迁。li+或者al3+共掺杂可以增强mg1.97tb0.03sio4荧光粉的发光强度。m2sio4：eu3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)在真空紫外激发下没有测到发光。m2sio4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)荧光粉的激发光谱主要为150～185nm和210～240nm的两个激发带，150～185nm的激发带主要来源于基质在真空紫外区的吸收，部分来源于tb3+离子的tb3+-o2-电荷迁移带，且与基质带存在部分重叠，210～240nm的激发带是tb3+的4f8-4f75d1(f-d)跃迁带，在150nm和172nm激发下，m2sio4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)荧光粉的发射光谱主要为tb3+的波长在545nm附近的5d4→7f5特征跃迁。我们用不同方法制备的荧光粉在150nm激发下，发光强度差别不大。而且当荧光粉m2sio4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)中m离子依次为sr2+、ca2+和mg2+的时候，在150nm激发下，荧光粉的发光强度随着碱土阳离子半径的减小而增强。制备的新荧光粉m2sio4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)可以作为pdp荧光粉的候选材料。 第四章我们制备了一系列新型的荧光粉m2geo4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=sm3+，eu3+，tb3+)并对其发光性质进行了研究，进一步研究了基质中阳离子半径不同对稀土离子近紫外和真空紫外发光性能的影响，开发了一些具有pdp应用潜力的新型荧光粉。我们对荧光粉的近紫外荧光光谱研究表明，当荧光粉m2geo4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=eu3+，tb3+)中m2+离子依次为sr2+、ca2+和mg2+的时候，随着碱土阳离子半径的减小eu3+-o2-电荷迁移带也向短波方向移动。荧光粉m2geo4：eu3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)的发射光谱主要是eu3+离子的5d0→7f2跃迁，荧光粉m2geo4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)发射光谱主要是tb3+的特征5d4→7f5跃迁。当荧光粉中m2+离子依次为sr2+、ca2+和mg2+，随着碱土阳离子半径的减小eu3+和tb3+掺杂的荧光粉的发光强度增强。荧光粉mg2geo4：sm3+的发射光谱位置在631nm和659nm，作为红色荧光粉，它比传统的eu3+离子在610nm左右的特征发射色坐标要好。荧光粉m2geo4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=sm3+，eu3+，tb3+)的漫反射光谱和激发光谱分析结果表明，荧光粉m2geo4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=sm3+，eu3+，tb3+)基质在200～350nm有吸收。由于eu3+的eu3+-o2-电荷迁移带和tb3+的f-d跃迁与基质的吸收有重叠，因此存在有效的能量传递。通过对荧光粉mg2geo4：sm3+的漫反射光谱和激发光谱研究，我们可以看到荧光粉的激发光谱是250～340nm的激发带，这个激发带主要来源于基质的吸收，200～230nm的弱的激发带带主要是sm3+-o2-电荷迁移带，基质和sm3+之间存在有效的能量传递。荧光粉mg2geo4：eu3+在181nm附近的激发带主要是基质的吸收，当用150am来激发荧光粉mg2geo4：eu3+，发射峰主要是eu3+离子在610nm的特征5d0→7f2跃迁。而荧光粉m2geo4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)的vuv研究结果表明，由于tb3+离子的4f-5d跃迁或tb3+-o2-电荷迁移带会出现在真空紫外区，因此和基质之间可以进行有效的能量传递。在150nm激发下，荧光粉m2geo4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)的发射峰主要对应于tb3+特征的5d4→7fj(j=3，4，5，6)跃迁，其中以5d4→7f5跃迁最强。我们制备的新型荧光粉mg2geo4：eu3+和m2geo4：tb3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+)可以作为pdp荧光粉的候选材料。 第五章研究了一系列新型的荧光粉m2sno4：re3+(m2+=mg2+，ca2+，sr2+，re3+=eu3+，tb3+)并对其发光性质进行了研究。eu3+或tb3+掺杂的碱土金属锡酸盐荧光粉整体发光较弱。其中荧光粉ca2sno4：eu3+，ca2sno4：tb3+和sr2sno4：eu3+发光较强。荧光粉ca2sno4：eu3+的发射光谱主要是eu3+特征的5d0→7f2跃迁，发射峰在613nm。荧光粉ca2sno4：tb3+的激发峰在239nm附近，用239nm近紫外光激发样品时，得到tb3+的特征发射，其中以543nm处的5d4→7f5跃迁发光最强。荧光粉sr2sno4：eu3+当掺杂eu3+的浓度较低时，eu3+在595nm发射峰的强度要大于617nm的强度；当eu3+的掺杂浓度大于5mol％的时候，激发带主要在310nm附近，发射光谱主要是617nm的发射峰，对应于eu3+特征的5d0→7f2跃迁。 第六章总结了本学位论文已经完成的工作，并根据本论文工作已取得的进展和存在的薄弱环节，对今后稀土离子掺杂的发光材料领域的研究作了简要的展望。

关 键 词： 掺稀土碱土硅酸盐 高温固相法 溶胶 凝胶法 溶胶 凝胶 微波法 等离子体平板显示 发光材料

分 类 号： [TB342]

领　　域： [一般工业技术]