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本论文主要发展了水热合成路线在制备发光材料方面的应用,调整试验条件合成了系列的纳米硅酸盐发光材料和微米Y2O3:Eu3+发光材料,并研究了合成样品的形貌和尺寸与其荧光性能之间的关系。论文主要内容归纳如下:1.采用陈化-晶化的两步水热合成路线,以便宜易得的Na2SiO3·9H2O作为硅源,在较低反应温度下合成了纯六方相结构的Zn2SiO4:Mn发光材料。该法不需要进一步的退火后处理,而且合成温度也是已知文献报道中最低的。适当的陈化温度和长的的陈化时间对得到纯六方相结构的Zn2SiO4:Mn是必须的。对所合成发光材料的性能研究表明,Zn2SiO4:Mn荧光粉具有良好的水热稳定性和好的耐碱性,但其耐酸性能则较差。改变试验条件,制备了不同形貌和晶相的Zn2SiO4:Mn发光材料。通过简单的调控试验参数就能够得到可控的光致发光性能。从试验中很容易获得两种类型的样品,一类能够被表征为α相的Zn2SiO4,其发射光谱是处于525nm的绿色荧光;另一类能够被表征为β相的Zn2SiO4,它的发射光谱是处于575nm的黄色荧光。加入表面活性剂SDS合成的是纳米棒,而同样条件不加SDS得到的则是米粒状纳米颗粒。从发射光谱得知,合成的Zn2SiO4纳米棒较米粒状纳米颗粒有更高的发射强度,这可以归因于Zn2SiO4纳米棒具有低的表面积和高的结晶度。相关的研究结果分别发表在JournalofCrystalGrowth和JournalofLuminescence上。
2.合理分析了Eu3+离子作为激活剂的红色荧光粉的发光特征,提出了提高红色荧光粉色纯度的方法:就是设法降低Eu3+离子所占晶格格位的对称性。利用纳米材料的表面效应提出了形状诱导提高纳米发光材料的荧光性能的思路,通过低温水热合成路线,首次成功的合成出了纯六方相的Sr2MgSi2O7:Eu3+纳米管。得到的管状红色荧光粉比相应的块体材料具有更短的荧光寿命,进一步研究其激发光谱发现纳米管有蓝移现象,发射光谱显示合成的管状红色荧光粉比相应的块体材料具有更高的色纯度。基于这些试验结果,形状诱导提高荧光性能被认为是一个简单有效获得高色纯度红色荧光粉的方法。相关的研究发表在EuropeanJournalofInorganicChemistry上;利用纳米材料的表面效应和量子尺寸效应,认为纳米尺寸的红色发光材料应该具有更高的色纯度和淬灭浓度。我们采用一个普遍适用的低温水热合成路线,首次合成出了20nm左右的四方相结构的Sr2ZnSi2O7:Eu3+纳米颗粒,试验结果表明纳米尺寸的荧光粉的确比同样材料的块体荧光粉具有更高的色纯度和淬灭浓度以及较短的荧光寿命。
3.利用氢氧化钇的自然生长习性,通过简单调节反应的动力学条件,采用水热合成氢氧化钇前驱物,然后再高温煅烧的方法,我们成功制备出了不同形貌和尺寸的Y2O3:Eu3+红色荧光粉。经过煅烧后的氧化物荧光粉很好的继承了其前驱物的形貌特征。研究样品的发射光谱发现,一维棒状荧光粉的发射峰强度总是强于微米尺寸的薄片状荧光粉的,而且发射峰的强度也随着微米棒尺寸的增加而增加。通过合理的分析讨论荧光粉形貌和尺寸与其发光性能之间的关系,认为造成这一现象的原因是由于Y2O3:Eu3+微米棒有高的结晶度和较少的晶体缺陷。采用柠檬酸盐调节的水热合成路线,我们制备了具有光滑表面的六棱柱状Y2O3:Eu3+荧光粉。CA-的配位络合作用是获得六棱柱状样品的关键,而缓慢的煅烧升温速度对于得到光滑表面的样品也是必须的。所制备六棱柱状样品的荧光强度要高于传统固相法合成样品的荧光强度,这可归因于样品的大尺寸和光滑表面。