碱土—稀土三元硫化物红色荧光粉的合成与发光性质

题名:碱土—稀土三元硫化物红色荧光粉的合成与发光性质
作者:周文理
学位授予单位:湖南师范大学
关键词:三元硫化物;;稀土离子;;Zn~(2+)离子;;碳还原法;;红色荧光粉
摘要:

 碱土-稀土三元硫化物MRE_2S_4(M=Ca,Sr,Ba;RE=La,Y)与碱土硫化物有着极其相似的性质,在2.3-3.6 eV范围内具有带隙,是一种适合的发光材料基质。另外,MRE_2S_4具有良好的热稳定性、机械强度和红外透射等性能,制成的陶Segment neodymium magnet 瓷材料是新型的红外窗口材料。因此,研究稀土离子掺杂的SrY_2S_4荧光粉有重要的理论意义和应用价值,有望在农用太阳能转换、LED、LE器件等方面应用。

 MY_2S_4:Er~(3+),Eu~(2+)(M=Sr,Ba)荧光粉发射峰位于663 nm,与叶绿素的红区吸收(661 nm)匹配,具有潜在的应用价值。但是这些荧光粉对日光中蓝绿区光的吸收强度非常小,不能被日光有效地激发。因此,改善MY_2S_4:Er~(3+),Eu2~(2+)(M=Sr,Ba)荧光粉蓝绿区的激发光谱强度有重要的理论意义和应用价值。

 三元硫化物主要是用高温固相法在H_2S或CS_2气氛中合成,但H_2S和CS_2都是有毒气体,无法进行扩大生产。因此,寻找一种新的能实现工业化生产的合成方法具有重要现实意义。本论文从敏化发光,固溶体基质以及新的合成方法三个方面研究碱土-稀土三元硫化物荧光粉。

 1.稀土掺杂SrY_2S_4硫化物的发光性质

 以Sr~(2+)、Y~(3+)和RE~(3+)(RE=Eu,Ce,Ho,Pr,Tm,Sm和Er)的混合硝酸盐溶液为阳离子溶液,以(NH_4)_2CO_3为沉淀剂,共沉淀法制备了碳酸盐前驱体,以CS_2为硫化剂,高温煅烧前驱体合成了SrY_2S_4:RE~(3+)/Eu~(2+)红色荧光粉。研究了这些化合物的发光性质,除SrY_2S_4:Pr~(3+)荧光粉的激发光谱只有一个蓝绿区激发带外,其它稀土离子掺杂的荧光粉的激发光谱都由两个带组成,分别对应于基质吸收和http://www.chinamagnets.biz/稀土离子的f-d或者f-f跃迁吸收。SrY_2S_4:Ce~(3+),Eu~(2+)和SrY_2S_4:Ho~(3+)的发射光谱出现绿光和红光两个峰,改变Ho~(3+)离子的浓度可以调控绿光和红光的分支比。其它稀土掺杂的荧光粉都只出现了红光发射。

 2.M_(1-x)Zn_xY_2S_4:Er~(3+),Eu~(2+)(M=Sr,Ba)荧光粉的合成与发光性质

 采用共沉淀法合成了M_(1-x)Zn_xY_2S_4:Er~(3+),M_(1-x)Zn_xY_2S_4:Eu(2+)和M_(1-x)Zn_xY_2S_4:Er~(3+),Eu~(2+)(M=Sr,Ba)红色荧光粉。XRD图谱表明,Zn~(2+)在Sr_(1-x)Zn_xY_2S_4和Ba_(1-x)Zn_xY_2S_4基质中掺杂量分别为x<0.2 mol和x<0.1 mol时,粉末样品为CaFe_2O_4型正交晶体。Zn~(2+)离子在M_(1-x)Zn_xY_2S_4:Er~(3+),Eu~(2+)中的固溶量(x mol)对荧光粉的发射强度影响很大。随着Zn~(2+)离子掺杂浓度的增加,M_(1-x)Zn_xY_2S_4:Er~(3+),Eu~(2+)(MZYSEE)紫外区激发峰(200-413 nm)发生红移,并与可见光激发带(413-600 nm)形成一个连续的宽带谱,与紫外和GaN基LED芯片辐射都有良好的匹配性。当Zn~(2+)掺杂量为0.1 mol时,SZYSEE和BZYSEE的发光强度达到最大,其发光强度分别比未掺Zn~(2+)的增强10.7倍和5.7倍。由于强而宽的蓝绿区吸收,单色性很好的红光发射,很好的热稳定性和不易潮解等优良性能,Ba_(0.9)Zn_(0.1)Y_(1.76)S_4:0.24Er~(3+),0.006Eu~(2+)是一类潜在的农用日光转光剂和白光LED用红色荧光粉。

 3.碳还原法直接合成三元硫化物

 采用碳还原法直接合成三元硫化物MY_2S_4(M=Sr,Ba)。XRD图谱表明,当n_(SrSO4): n_(Y2(SO4)3):n_C=1:2:60,T=1200℃,t=12 h时,能合成较纯的SrY_2S_4;当n_(BaSO4): n_(Y2(SO4)3): n_C=1:2:60,T=1100℃,t=12 h时,能合成较纯的BaY_2S_4,杂相主要是Y_2O_2S。适量掺杂Er~(3+)离子有助于形成SrY_2S_4和BaY_2S_4物相。考察了碳还原法合成Eu~(2+),Er~(2+)离子掺杂MY_2S_4(M=Sr,Ba)荧光粉的发光性质。单掺Eu的SrY_2S_4荧光粉表现Eu~(2+)离子的特征光谱,而单掺Eu的BaY_2S_4荧光粉表现的却是Eu~(3+)离子的特征光谱。Eu,Er共掺的MY_2S_4(M=Sr,Ba)荧光粉都表现了与用共沉淀法制备的样品相似的发光性质。碳还原法方法简单易操作,设备要求低,不会污染环境,有望成为三元硫化物可行的扩大生产方法。
学位年度:2009