金屬離子共摻雜稀土正磷酸鹽發(fā)光材料的制備與性能.pdf

1、本論文以金屬離子和稀土離子共摻雜稀土磷酸鹽LnPO4:RE3+,Mn+（Ln=Y，La;RE=Eu3+，Tb3+; Mn+=Co2+，Cd2+，Mn2+，Li+，In3+，Mg2+）發(fā)光材料為研究對象，采用水熱法和高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法進(jìn)行制備，利用X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）、掃描電鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)和光致發(fā)光光譜（FL）等對產(chǎn)物的物相結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌、

2、元素價(jià)態(tài)、元素含量、發(fā)光性能和量子效率進(jìn)行表征分析，研究了制備工藝條件、金屬離子的摻雜量等對稀土磷酸鹽發(fā)光材料的物相結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響。通過實(shí)驗(yàn)研究工作，取得了一些具有一定創(chuàng)新性的成果。
　　建立了水熱法制備稀土摻雜正磷酸釔發(fā)光材料的路線，對水熱法制備工藝條件如反應(yīng)體系 pH、水熱處理溫度、水熱處理時(shí)間等對產(chǎn)物物相結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響進(jìn)行研究。XRD分析結(jié)果表明水熱處理溫度為80 oC時(shí)所合成的樣品是單斜晶系的YPO4·2H2O

3、晶體，水熱處理溫度在100-200 oC范圍內(nèi)合成的樣品是四方晶系的YPO4晶體。光致發(fā)光分析表明采用水熱法合成稀土離子摻雜正磷酸釔發(fā)光材料，在反應(yīng)體系pH調(diào)節(jié)為2、水熱處理溫度為180 oC、水熱處理時(shí)間為18h時(shí)所合成樣品具有較優(yōu)的發(fā)光強(qiáng)度。采用水熱法和高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法合成了系列不同濃度的Co2+、Cd2+、Mn2+離子共摻雜 YPO4:2％Eu3+發(fā)光材料，并探討了金屬離子摻雜量對樣品的物相結(jié)構(gòu)及發(fā)光性能的影響。研究表明，在一定濃

4、度范圍內(nèi)，少量過渡金屬離子和Eu3+共摻雜 YPO4不會明顯改變其物相結(jié)構(gòu)，但所合成樣品的衍射峰強(qiáng)度、晶粒尺寸、晶胞體積等會發(fā)生細(xì)微的變化。相比較而言，水熱法合成樣品結(jié)晶度要高于高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法低溫煅燒條件下所合成樣品結(jié)晶度。光致發(fā)光分析發(fā)現(xiàn)所合成樣品的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜均是由相似的屬于Eu3+的譜帶構(gòu)成，但各譜帶相對強(qiáng)度隨共摻雜金屬離子摻雜量的增加先增強(qiáng)后減弱，其中Co2+、Cd2+、Mn2+的摻雜量分別為0.1%、0.1%和0.5%

5、時(shí)，所制備的YPO4:2%Eu3+,x%Mn+（Mn+=Co2+，Cd2+，Mn2+）樣品具有相對最強(qiáng)的Eu3+特征發(fā)光，并對少量共摻雜 Co2+、Cd2+、Mn2+促進(jìn) Eu3+發(fā)光增強(qiáng)的原因進(jìn)行了討論分析。
　　對水熱法制備稀土摻雜正磷酸鑭(LaPO4)發(fā)光材料的工藝條件如反應(yīng)體系pH、水熱處理溫度、水熱處理時(shí)間等對產(chǎn)物物相結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響進(jìn)行研究。XRD分析結(jié)果表明水熱處理溫度為90 oC合成的樣品是六方晶系的LaPO4

6、晶體，水熱處理溫度在120-200 oC范圍內(nèi)合成的樣品是單斜晶系的LaPO4晶體。光致發(fā)光光譜分析表明采用水熱法合成LaPO4:Eu3+發(fā)光材料，在反應(yīng)體系pH調(diào)節(jié)為2、水熱處理溫度為180 oC、水熱處理時(shí)間為12h時(shí)所合成樣品具有較優(yōu)的發(fā)光強(qiáng)度。采用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法和水熱法合成了系列不同濃度Mn2+、In3+、Li+摻雜 LaPO4:2%Eu3+發(fā)光材料，并探討了金屬離子摻雜量對樣品的物相結(jié)構(gòu)及發(fā)光性能的影響。研究表明，在一定濃度

7、范圍內(nèi)，少量 Mn2+、In3+、Li+金屬離子摻雜LaPO4:2%Eu3+不會改變磷酸鑭的物相結(jié)構(gòu)，但摻雜3%In3+時(shí)所合成樣品的物相結(jié)構(gòu)由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)榱较?，摻雜 Li+較多（不低于1%）時(shí)會產(chǎn)生雜質(zhì)相LiLa(PO3)4。光致發(fā)光光譜分析發(fā)現(xiàn)，LaPO4:2%Eu3+，x%Mn+（Mn+=Mn2+，In3+，Li+）樣品的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜均由相似的屬于Eu3+的特征譜帶構(gòu)成，但各譜帶的相對強(qiáng)度均隨金屬離子摻雜量增加先增強(qiáng)后減弱

8、，其中 Mn2+、In3+、Li+的摻雜量分別為1%、1%和7%時(shí)，所制備的LaPO4:2%Eu3+，x%Mn+（Mn+=Mn2+，In3+，Li+）樣品具有相對最強(qiáng)的Eu3+特征發(fā)光，其中共摻雜7% Li+樣品的發(fā)光強(qiáng)度是單摻雜LaPO4:2%Eu3+樣品發(fā)光強(qiáng)度的2.2倍；此外，和單摻雜LaPO4:2%Eu3+樣品相比較，Mn2+、In3+、Li+的摻雜量分別為1%、1%和7%時(shí)，LaPO4:2%Eu3+，x%Mn+（Mn+=Mn2

9、+，In3+，Li+）共摻雜樣品的發(fā)光效率分別提高了10%、6.4%和2.8%。并探討了少量共摻雜Mn2+、In3+、Li+促進(jìn)LaPO4:2%Eu3+發(fā)光增強(qiáng)及提高發(fā)光量子效率的機(jī)理。
　　采用水熱法合成了系列不同濃度 Mg2+和Tb3+共摻雜 YPO4和系列不同濃度Co2+和定量Tb3+共摻雜LaPO4發(fā)光材料，并對樣品的物相結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，少量Mg2+和2%Tb3+共摻雜YPO4對磷酸釔的物相結(jié)構(gòu)沒有明顯影

10、響，均可獲得純相四方相磷釔礦結(jié)構(gòu)的YPO4晶體；少量Co2+和2%Tb3+共摻雜LaPO4對磷酸鑭的物相結(jié)構(gòu)也沒有明顯影響，均可獲得單一相單斜相獨(dú)居石結(jié)構(gòu)的LaPO4晶體。光致發(fā)光分析發(fā)現(xiàn)，所合成YPO4:Tb3+,Mg2+和LaPO4:Tb3+，Co2+樣品的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜均由相似的屬于Tb3+的特征譜帶構(gòu)成，在紫外光的激發(fā)下可以發(fā)射出強(qiáng)烈的Tb3+特征的綠色光；Mg2+和Co2+摻雜量直接影響著所制備樣品的發(fā)光強(qiáng)度，當(dāng) Mg2+