組合材料庫的液相并行合成及紅色真空紫外熒光材料敏化劑的組合篩選.pdf

1、等離子平板顯示(PDP)和無汞熒光燈的發(fā)展迫切需要開發(fā)新型高效真空紫外(VUV)熒光材料。組合法是一種有效的篩選、發(fā)現(xiàn)、優(yōu)化新材料的新方法。從策略上把組合法應(yīng)用于VUV熒光材料研究，將大大加快VUV熒光材料研究進(jìn)程。與物理掩?；蚬饪碳夹g(shù)相結(jié)合的薄膜沉積和液相法是組合材料合成最常用的方法。對(duì)于熒光材料庫，薄膜沉積合成的高密度分立樣品的發(fā)射光譜難以表征，因而，最好是采用液相法。對(duì)于組合材料液相并行合成，液滴噴射裝置較其它微量液滴分配工具(例

2、如，精確微量注射器)具有納升量級(jí)分配能力、效率高、非接觸等優(yōu)點(diǎn)。但是液滴噴射技術(shù)應(yīng)用于組合材料合成的一個(gè)重要限制是，只有可溶物可用作前驅(qū)體噴射合成材料庫，而自然界有很多物質(zhì)是難溶的。為適應(yīng)組合材料液滴噴射合成要求，我們發(fā)展了一套懸浮液制備方法，并進(jìn)一步證實(shí)了噴射難溶物懸浮液合成組合材料庫的可行性。快速并行合成和高通量表征是制約組合法效率發(fā)揮的關(guān)鍵因素。為滿足VUV發(fā)光高通量表征的需求，我們自行研制了一臺(tái)組合VUV熒光表征系統(tǒng)。對(duì)于開發(fā)新

3、型高效VuV發(fā)光材料研究，一方面從篩選能夠有效向發(fā)光中心傳遞能量的基質(zhì)入手，另一方從篩選發(fā)光中心的敏化劑著手。最后對(duì)所優(yōu)化的新材料的VUV發(fā)光能量傳遞機(jī)理進(jìn)行研究。本論文的研究工作按照這樣的邏輯組織進(jìn)行。 第一章是背景知識(shí)介紹和相關(guān)工作最新研究進(jìn)展的文獻(xiàn)綜述。首先介紹了組合材料學(xué)的基本概念、原理和發(fā)展歷史，綜述了組合材料研究在組合材料庫的設(shè)計(jì)、合成、表征和數(shù)據(jù)挖掘所取得的進(jìn)展，特別是組合材料的快速并行合成和高通量表征技術(shù)。其次，

4、綜述了液滴噴射技術(shù)原理和液滴噴射技術(shù)在無模具成型、微器件制造以及材料科學(xué)中的應(yīng)用，并對(duì)我們課題組自行研制的組合液滴噴射合成儀做了介紹，包括結(jié)構(gòu)、原理和系統(tǒng)性能。最后介紹了PDP顯示技術(shù)原理和PDP三基色熒光粉存在的問題，綜述了紅色VUV熒光材料研究的最新進(jìn)展以及組合法篩選VUV熒光材料研究的進(jìn)展，特別是硼酸鹽和磷酸鹽體系紅色vUV熒光材料研究以及對(duì)硼酸鹽物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其VUV發(fā)光能量傳遞機(jī)理的認(rèn)識(shí)。 第二章是我們?cè)诮M合材料的液相并行

5、合成方面所作的工作。首先探索了一種適于液滴噴射技術(shù)所要求的懸浮液制備方法，即利用高能球磨中的機(jī)械力化學(xué)表面改性，在純水中對(duì)難溶氧化物進(jìn)行高能球磨，成功制備了超細(xì)/納米懸浮液，同時(shí)研究了球磨時(shí)間、轉(zhuǎn)速、分散劑、初始條件等制備工藝對(duì)懸浮液穩(wěn)定性以及顆粒尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)的影響。然后以此懸浮液為前驅(qū)體，使用自行研制的組合液滴噴射合成儀噴射合成了一個(gè)熒光材料庫，通過對(duì)熒光材料庫內(nèi)樣品的結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能與常規(guī)方法合成的樣品進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)了采用液滴噴射

6、技術(shù)通過噴射難溶物懸浮液合成材料庫的可行性，拓展了液滴噴射技術(shù)在組合材料并行合成方面的應(yīng)用。 第三章是組合VUV熒光表征系統(tǒng)的研制。主要內(nèi)容是VUV激發(fā)光源的選擇、真空室的設(shè)計(jì)、以及系統(tǒng)可行性的評(píng)估和系統(tǒng)性能的驗(yàn)證。通過合理假設(shè)參數(shù)進(jìn)行估算，最終設(shè)計(jì)、制造出滿足實(shí)驗(yàn)需要的組合VUV熒光表征裝置。該系統(tǒng)采用照相法。使用該裝置能夠?qū)M合材料庫樣品在147nm激發(fā)下的發(fā)光性能進(jìn)行一次性并行表征，不足之處是存在系統(tǒng)誤差。為修正系統(tǒng)誤差，

7、自編了一個(gè)軟件進(jìn)行輔助處理。 第四章是紅色VUV熒光材料敏化劑的組合法篩選。材料庫的合成與表征分別采用上述液滴噴射技術(shù)和自行研制的組合VUV熒光表征裝置進(jìn)行。首先采用組合法對(duì)Eu<'3+>摻雜Y<,2>O<,3>-B<,2>O<,3>-P<,2>O<,5>-SiO<,2>體系的VUV發(fā)光進(jìn)行篩選，材料庫的合成溫度分別是1150℃、1250℃、1350℃和1450℃，研究表明，四面體材料庫中最能有效敏化Eu<'3+>發(fā)光的基質(zhì)是1

8、150℃合成的YBO<,3>。其次采用組合法對(duì)pr<'3+>/Tb<'3+>/Sm<'3+>/Bi<'3+>摻雜(Y,Gd)BO<,3>：Eu<'3+>材料體系的VUV發(fā)光進(jìn)行篩選，研究表明，VUV激發(fā)下Bi<'3+>能夠有效敏化Zu<'3+>發(fā)光；摻雜痕量pr<'3+>/Tb<'3+>對(duì)提高發(fā)光效率有益；Sm<'3+>對(duì)Eu<'3+>發(fā)光只起淬滅作用：隨著摻雜濃度增大pr<'3+>/Tb<'3+>對(duì)Eu<'3+>發(fā)光的淬滅比Sm<'3

9、+>和Bi<'3+>更劇烈；痕量Pr<'3+>/Tb<'3+>對(duì)Eu<'3+>發(fā)光效率的提高不是典型的稀土離子之間的敏化行為。最后采用組合法對(duì)(Y<,1-z>Gd<,z>)<,1-x-y>Bi<,y>Eu<,x>BO<,3>體系的VUV發(fā)光進(jìn)行優(yōu)化，最終優(yōu)化出一種新型紅色VUV熒光材料新配方，即(Y<,1-z>Gd<,z>)<,1-x-y>Bi<,y>Eu<,x>BO<,3>(0.02≤x≤0.05；y≤1×10<'-3>；0.1≤z≤

10、0.2)。 第五章是VUV激發(fā)下(Y,Gd)BO<,3>：Bi<'3+>，Eu<'3+>能量傳遞機(jī)理研究。研究表明，在YBO<'3>：Bi<'3+>，Eu<'3+>體系中Bi<'3+>向Eu<'3+>的能量傳遞路徑是Bi<'3+>→Eu<'3+>直接能量傳遞，而在(Y，Gd)BO<,3>：Bi<'3+>，Eu<'3+>中的能量傳遞路徑主要是Bi<'3+>→Gd<'3+>…Gd<'3+>→Eu<'3+>，即Bi<'3+>吸收的能量

11、傳遞給了Gd<'3+>，然后在Gd<'3+>之間進(jìn)行傳遞，直到被Eu<'3+>捕獲。 本論文所取得的成果可以簡要概括為如下幾點(diǎn)： (1)探索了一套制備超細(xì)/納米懸浮液的方法。 (2)拓展了組合材料的液相基并行合成方法。 (3)研制了一臺(tái)組合VUV熒光表征系統(tǒng)。 (4)篩選出一種紅色VUV熒光材料新配方——(Y<,1-z>Gd<,z>)<,1-x-y>Bi<,y>Eu<,x>BO<,3>(0.02≤