鋁酸鍶長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的超細(xì)粉體制備、構(gòu)效關(guān)系及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文系統(tǒng)地總結(jié)和概括了稀土離子激活堿土鋁酸鹽長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的研究現(xiàn)狀，對(duì)鋁酸鍶長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的超細(xì)粉體合成、構(gòu)效關(guān)系及其長(zhǎng)余輝發(fā)光機(jī)理、機(jī)械發(fā)光與機(jī)械猝滅、表面包覆改性及其在涂料中的應(yīng)用等多個(gè)方面進(jìn)行了研究。 首次采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法和共沉淀-微波法合成出發(fā)光性能較好的無(wú)需研磨的SrAl2O4：Eu2+，Dy3+超細(xì)發(fā)光粉體，研究了工藝條件對(duì)粉體外觀形貌、粒徑以及長(zhǎng)余輝發(fā)光性能的影響。溶膠-凝膠法研究結(jié)果表明，引入共沉淀工藝，

2、可以消除硝酸根離子的不利影響，降低檸檬酸用量，減小發(fā)光粉粒徑。在1100℃將凝膠加熱2h后開始有SrAl2O4晶相生成，在1200℃加熱2h后即可獲得純相的SrAl2O4：Eu2+，Dy3+多晶粉體。硼的摻入，會(huì)導(dǎo)致粉體粒徑的增大，但同時(shí)也能有效改善粉體的長(zhǎng)余輝發(fā)光性能。共沉淀-微波法研究結(jié)果表明，水性分散劑的添加，可有效防止前驅(qū)體顆粒進(jìn)一步團(tuán)聚，獲得反應(yīng)活性高的前驅(qū)體。前驅(qū)體經(jīng)微波加熱30～40min后，即可轉(zhuǎn)變成純相的SrAl2O4

3、：Eu2+，Dy3+多晶粉體。硼酸的摻入，會(huì)導(dǎo)致粉體粒徑的增大，但同時(shí)也能有效改善粉體的長(zhǎng)余輝發(fā)光性能。與傳統(tǒng)的高溫固相法相比，采用溶膠-凝膠法和共沉淀-微波法合成的發(fā)光粉具有較小的粒徑、較好的長(zhǎng)余輝發(fā)光性能以及較高的Eu2+的臨界猝滅濃度。 首次系統(tǒng)地研究了鋁酸鍶長(zhǎng)余輝發(fā)光材料的構(gòu)效關(guān)系。SrAl2O4：Eu2+，Dy3+相組分比例與長(zhǎng)余輝發(fā)光性能的關(guān)系研究表明，富Sr的SrAl2O4晶相中，稀土摻雜離子Eu2+、Dy3+較難

4、進(jìn)入Sr2+的晶格位置，晶格中發(fā)光中心Eu2+濃度、陷阱密度與深度都比富Al的SrAl2O4相低，因而使得富Sr的SrAl2O4發(fā)光粉發(fā)光強(qiáng)度較低，余輝時(shí)間較短?；|(zhì)相組成對(duì)長(zhǎng)余輝發(fā)光性能的影響研究表明，與SrAl2O4相相比，富Al基質(zhì)相中不僅Eu2+的電子能級(jí)受晶體場(chǎng)的影響劈裂程度較大，能級(jí)間隙加寬，而且電子陷阱深度與密度較高，因而發(fā)射峰藍(lán)移，余輝亮度較大，余輝壽命較長(zhǎng)。稀土摻雜離子Eu2+、RE3+在發(fā)光材料中的作用研究表明，稀土

5、摻雜離子Eu2+不僅是發(fā)光中心，同時(shí)也是余輝中心；稀土摻雜離子Dy3+摻雜量越高，余輝亮度越大，余輝壽命越長(zhǎng)；Dy3+和Nd3+因具有合適的光學(xué)電負(fù)性，能形成具有合適深度的電子陷阱。添加劑對(duì)SrAl2O4：Eu2+，Dy3+長(zhǎng)余輝發(fā)光性能的影響及其作用機(jī)理研究表明，摻入添加劑H3BO3、ZnO2、SiO2和Ca(H2PO2)2，能有效改善SrAl2O4：Eu2+，RE3+發(fā)光粉熒光強(qiáng)度，延長(zhǎng)余輝時(shí)間。H3BO3的摻入不僅降低固相反應(yīng)能壘

6、，加快固相反應(yīng)速度，還能促使稀土摻雜離子進(jìn)入晶格，使得發(fā)光中心離子和陷阱濃度增加。同時(shí)由于占據(jù)Al3+晶格位置的B3+有較高的電負(fù)性，使陷阱深度加大，余輝壽命延長(zhǎng)。SrAl2O4：Eu2+,Dy3+發(fā)光粉中點(diǎn)缺陷的形成及其在發(fā)光材料中的作用研究表明，DySr是電子陷阱，VO不能作為有效的具有合適深度的電子陷阱，但可增加電子陷阱的深度；V"Sr可作為空穴陷阱，同時(shí)也是復(fù)合中心，V"Sr濃度的變化不會(huì)引起長(zhǎng)余輝發(fā)光性能的明顯變化。

7、結(jié)合固體能帶理論，提出了一種新的長(zhǎng)余輝發(fā)光機(jī)理模型-電子遷移模型。該機(jī)理首次提出：光激發(fā)導(dǎo)致發(fā)光中心Eu2+(Eu×Sr)發(fā)生光電離，產(chǎn)生電子與空穴對(duì)，其中空穴為介穩(wěn)態(tài)的Eu3+(EuSr)；產(chǎn)生的電子直接或通過(guò)導(dǎo)帶被電子陷阱DySr俘獲，稀土鏑離子從Dy3+變成介穩(wěn)態(tài)的Dy2+(Dy×Sr)，同時(shí)空穴通過(guò)價(jià)帶被空穴陷阱V"Sr俘獲空穴；俘獲的電子從電子陷阱Dy×Sr直接到復(fù)合中心V"Sr的中心與中心之間的躍遷對(duì)應(yīng)于余輝的快速衰減過(guò)程；

8、俘獲的電子從電子陷阱Dy×Sr激發(fā)至導(dǎo)帶，然后再躍遷至復(fù)合中心的間接躍遷對(duì)應(yīng)于余輝的慢速衰減過(guò)程；電子釋出并與空穴復(fù)合后，稀土鏑離子從介穩(wěn)態(tài)Dy2+變成Dy3+，稀土銪離子從介穩(wěn)態(tài)Eu3+轉(zhuǎn)變成的Eu2+。 首次系統(tǒng)地研究了SrAl2O4：Eu2+,Dy3+發(fā)光粉的機(jī)械發(fā)光與機(jī)械猝滅現(xiàn)象。機(jī)械發(fā)光研究結(jié)果表明機(jī)械發(fā)光跟所施加的機(jī)械壓力的大小以及稀土摻雜離子的濃度有關(guān)。發(fā)光粉所受機(jī)械壓力越大，摻雜Dy3+濃度越高，機(jī)械發(fā)光強(qiáng)度越高

9、。從機(jī)械猝滅研究結(jié)果可知，機(jī)械外力會(huì)導(dǎo)致粉體晶格破壞，造成熒光猝滅和余輝猝滅。熒光猝滅和余輝猝滅分別與晶格中的點(diǎn)缺陷Eu×Sr以及點(diǎn)缺陷DySr、V"Sr有關(guān)。點(diǎn)缺陷DySr、V"Sr處的晶體結(jié)構(gòu)較不穩(wěn)定，易于點(diǎn)缺陷Eu×Sr遭到外力破壞，因而余輝猝滅易于發(fā)生。 首次引入無(wú)機(jī)包覆改性、有機(jī)包覆改性以及無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合包覆改性技術(shù)，對(duì)SrAl2O4：Eu2+,Dy3+發(fā)光粉進(jìn)行表面包覆改性，以改善粉體的耐水性、抗高溫氧化性以及與有機(jī)

10、體系的相容性。研究了工藝條件對(duì)包覆層性能的影響。結(jié)果表明發(fā)光粉經(jīng)二氧化硅包覆后，耐水性能和抗高溫氧化性能增強(qiáng)，長(zhǎng)余輝發(fā)光性能損失最少；經(jīng)氧化鋁包覆后，耐水性能和抗高溫氧化性能增強(qiáng)，長(zhǎng)余輝發(fā)光性能損失較少；有機(jī)MAPS/MMA包覆后，耐水性能和親油性增強(qiáng)，長(zhǎng)余輝發(fā)光性能損失較少；無(wú)機(jī)-有機(jī)(SiO2-MAPS/MMA)復(fù)合包覆后，耐水性能和親油性增強(qiáng)，長(zhǎng)余輝發(fā)光性能損失稍大。 本文以改性后的發(fā)光粉為顏料，丙烯酸樹脂(純丙乳液)為成