MnOSnO掺杂磷酸盐玻璃发光材料的制备与测试
MnOSnO掺杂磷酸盐玻璃发光材料的制备与测试[20200408100958]
摘要
近年来，作为节约能源和环境问题的解决方案之一，白色发光荧光体成为一个新的重要固态光源。迄今为止，各种种类的白色发光荧光体，例如由近紫外线固化型(UV)涂料或者紫色LED发射的的蓝/绿/红三色荧光粉被试用于发光二极管。通过LED发射荧光粉的方法仍存在显色性的问题。其中，使用由紫外线激发的单个荧光体的方法被认为是得到优异显色特性的白色发光荧光体最有效的方法。此外，发光性能在很大程度上依赖于主晶格和激活剂离子之间的相互作用，为了开发新的功能荧光粉，主晶格和激活剂离子的结合是很重要的。另外，白色发光荧光体一直是非常重要的使用稀土材料的荧光粉，因此，我们专注于稀土氧化物和NASICON型晶体的材料。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:白色发光荧光体发光性能荧光粉稀土
目录
第一章 引言 1
1.1 稀土材料概述 1
1.2 MnO-SnO 掺杂磷酸盐玻璃的研究目的和基本性质 3
1.3 MnO-SnO 掺杂磷酸盐玻璃存在的问题 3
第二章 制备方法 5
2.1 Sn0.5-xMnxZr2(PO4)3玻璃的制备 5
2.2 MnO-SnO-ZnO-P2O5玻璃的制备 6
2.2.1 准备工作 6
2.2.2 分析 6
2.3 共掺杂ZnO-P2O5玻璃的制备 7
第三章 实验分析 8
3.1 Sn0.5-xMnxZr2(PO4)3玻璃 8
3.1.1 Sn0.5Zr2(PO4)3 荧光粉 8
3.1.2 Mn0.5Zr2(PO4)3 and Sn0.5-xMnxZr2(PO4)3荧光粉 11
3.2 MnO-SnO-ZnO-P2O5玻璃 14
第四章 结论 20
参考文献 21
致 谢 22
第一章 引言
1.1 稀土材料概述
含稀土材料已被广泛地应用于我们的日常生活。例如，含有三价稀土离子的光学材料是典型的稀土光学材料，比如：Y3Al5O12：Nd3+或掺杂Er3+的光纤放大器。这些三价稀土阳离子在可见光或红外区域内显示窄带发射，其带来的4f-4f跃迁，不易受周围的晶体场影响。近日，高荧光强度的稀土阳离子已用于白光发射器件。一个应用是三个窄发射带型（即所谓的三波段灯）组成的蓝色、红色和绿色磷光体重掺杂荧光灯。另一种应用是白色发光二极管（LED），是基于蓝色发光二极管和市售的黄色荧光体，例如 Y3Al5O12：Ce3+。然而，这些白色发光器件组成的高荧光强度发射谱带比传统宽波段发射装置有更低的颜色渲染。此外，由于未来稀土的稳定供应存在不确定性，因此无稀土材料都争相研究。
我们一直专注于研究可再生的无稀土荧光粉。由于白光发射包含各种波长的光，因此预计，该白色发光可以通过掺杂各种离子来实现，例如掺杂 Sb3+、Mn2+的卤磷酸钙。虽然掺杂 Sb3+、Mn2+的卤磷酸钙化玻璃的发射带通常具有两个主要发射带，一个在480nm与半宽度140nm的半最大值处，另一个在580nm与70-80nm的半最大值处，这些发射带本质上是由于晶体结构的固定。另一方面，如果不掺杂稀土离子的玻璃材料显示媲美结晶磷的白光发射，它会被认为是一个新颖的发光发射材料和良好的成型性材料，这是在工业上非常重要的制造工艺。由于氧化物玻璃一般可以融入各种原子，因此可微调发射中心的发射光谱。如果发射中心的发光波长被影响，所得到的发光颜色也将被影响，这是与传统完全不同的重掺杂晶体荧光粉。
在这项研究中，我们把重点放在了把ns2型发射中心作为一个活化剂。对于ns2（N≥4） 型发射中心，比如Sn 2+，Sb3+，Tl+，Pb2+，Bi3+和Hg0 等，电子在最外层具有的两个基态和激发态，电子的发射受晶体场的影响。考虑到非晶玻璃和水晶的分布部位，这种类型的发射中心适合于非晶体玻璃。最近，这项研究的作者报告了非晶SnOZnOP2O5 低熔点玻璃的最高的量子效率。通过常规的熔融淬火方法得到的氧化物玻璃可以根据SnO的量使得其呈白色?蓝色的发光状态。值得注意的是：在紫外激发下，无稀土离子的透明氧化物玻璃具有媲美结晶磷荧光体的发射光谱，如MgWO4；进一步，据报道：这是无稀土阳离子玻璃材料的最大效率。 宽带发射是通过Sn2+，这是由于最常规的和无害的ns2类型中心带来的。此外，所得到玻璃的发光特性在一定温度内经热处理后保持不变，这表明所得到的玻璃适用于低熔点可作为密封材料的玻璃。值得注意的是：研究实验中观察到的发射现象就是来源于无稀土材料制备的透明非晶玻璃。含有稀土阳离子的晶体荧光体或非晶玻璃的光致发光性质已经被多次报道过，因而预计在不久的将来无稀土非晶玻璃的PL特性会被广泛关注。由于以前的玻璃大多呈现蓝光发射，不过预期白光发射可以通过添加Mn2+来实现，在本研究中类似于Sb3+、Mn2+的共掺钙荧光粉，通过改变玻璃的化学组成来改变其发光特性。 我们也表明，通过制备了一系列Sn/Mn共掺杂的玻璃，白色荧光灯可以通过以下方式获得得：通过组合紫外线和无稀土非晶荧光体来实现。
荧光体的发光一般由激发光源分类的，例如光致发光（PL：紫外红外激发）和辐射发光（RL：X-射线或高能粒子激发）。前者以直接激活一个光子发射中心而发光，而后者被很高的能量冲击来超过内壳的中心带隙。由于RL过程中基质材料的激活，RL能量路径的发光中心是和PL的完全不同的，并且能量分散过程是复杂的。因此，在RL过程的系统研究，将需要在未来。然而，RL材料已被实际用到医疗，安全，环境监测等。
因为ns2型发光中心最外层电子发射受晶体场强烈的影响。另一方面，我们所说的转换概率是针对于实际的荧光体，如掺杂Sb3+、Mn2+的钙卤化不够高。我们曾报道过的高量子效率的SnO-ZnO-P2O5块状玻璃，就是使用这种发射中心，这是非晶氧化物玻璃最高量子效率值，其值超过80%。最近，有报道说该玻璃由AM信号源激发也显示发光特性。另一方面，一些稀土阳离子，如Ce3+的或Pr3+离子，因4f-5d跃迁而显示的宽带发射。由于与其他三价稀土离子4fn-4fn过渡的不同，这些发射中心也适于实际设备的应用，如YAG高转变概率：Ce的。由于发射中心的衰变常数比ns2型中心快得多，这些发射中心被广泛的应用在荧光体中。
1.2 MnO-SnO 掺杂磷酸盐玻璃的研究目的和基本性质
通过实验来探寻掺杂的Mn2+和Sn2+的最优浓度和最适宜的成份，使得制得的材料的发光强度和量子效率最大。基于制备材料的掺杂浓度以及成分的变化，对实验结果进行记录和分析，最后得出结论。此外，通过分析各掺杂浓度材料的光谱性能和量子效率，确定制备磷酸盐玻璃的最优工艺。
MnO磷酸盐化合物与通式，ABPO4：其中A是单价，B是二价阳离子，ABPO4通常被称为正磷酸盐，在照明领域具有广泛的应用。作为低声子能量材料，他们可能是用于生产高效率发光的重要主体材料。它们具有优良的光学和铁电性能以及许多有趣的功能，如良好的导热、化学和机械稳定性，这使得它们几乎对所有显光都很独特。多晶相的存在取决于阳离子的大小和大量强加给激活离子的磷酸晶体场环境。然而，通过仔细的实验就可以微调特定的光学特性并且设计出新的有用的具有高量子产率的荧光体材料。有许多正磷酸盐可用，但有趣的是锌钠磷酸盐从未用于探索发光研究。关于这晶格系统的最显着特点是它具有优异灵活的协调性，它在一定条件下能提供最亮的光致发光。所以，我们报道了一类新的稳定、高效、无毒、价廉、环境友好和由还原固相法制备的掺杂Mn2+的NaZnPO4荧光粉。这种荧光粉在发光器件方面具有很大的潜在应用。
化学性质稳定，并且在显示和照明应用中是较高发光荧光粉材料。大部分市售的荧光体需要短的紫外辐射来激发磷光体系统中的稀土活化剂以产生白光。这是通过在荧光照明产品中的汞放电来实现的。此外，用在荧光灯或发光二极管LED的发光中心是稀土类元素，通常它们是昂贵的。随着较新材料的发展使得较长波长的紫外光转化为蓝光（300-470nm）并最终转变成白光，这固然可以减少汞等有毒性离子的使用，并会导致更高的光转换效率。目前荧光粉的研究主要集中在无汞便宜的荧光粉材料，是环保与提高光效、节能、长寿命和低功耗特性的发展。
摘要
近年来，作为节约能源和环境问题的解决方案之一，白色发光荧光体成为一个新的重要固态光源。迄今为止，各种种类的白色发光荧光体，例如由近紫外线固化型(UV)涂料或者紫色LED发射的的蓝/绿/红三色荧光粉被试用于发光二极管。通过LED发射荧光粉的方法仍存在显色性的问题。其中，使用由紫外线激发的单个荧光体的方法被认为是得到优异显色特性的白色发光荧光体最有效的方法。此外，发光性能在很大程度上依赖于主晶格和激活剂离子之间的相互作用，为了开发新的功能荧光粉，主晶格和激活剂离子的结合是很重要的。另外，白色发光荧光体一直是非常重要的使用稀土材料的荧光粉，因此，我们专注于稀土氧化物和NASICON型晶体的材料。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:白色发光荧光体发光性能荧光粉稀土
目录
第一章 引言 1
1.1 稀土材料概述 1
1.2 MnO-SnO 掺杂磷酸盐玻璃的研究目的和基本性质 3
1.3 MnO-SnO 掺杂磷酸盐玻璃存在的问题 3
第二章 制备方法 5
2.1 Sn0.5-xMnxZr2(PO4)3玻璃的制备 5
2.2 MnO-SnO-ZnO-P2O5玻璃的制备 6
2.2.1 准备工作 6
2.2.2 分析 6
2.3 共掺杂ZnO-P2O5玻璃的制备 7
第三章 实验分析 8
3.1 Sn0.5-xMnxZr2(PO4)3玻璃 8
3.1.1 Sn0.5Zr2(PO4)3 荧光粉 8
3.1.2 Mn0.5Zr2(PO4)3 and Sn0.5-xMnxZr2(PO4)3荧光粉 11
3.2 MnO-SnO-ZnO-P2O5玻璃 14
第四章 结论 20
参考文献 21
致 谢 22
第一章 引言
1.1 稀土材料概述
含稀土材料已被广泛地应用于我们的日常生活。例如，含有三价稀土离子的光学材料是典型的稀土光学材料，比如：Y3Al5O12：Nd3+或掺杂Er3+的光纤放大器。这些三价稀土阳离子在可见光或红外区域内显示窄带发射，其带来的4f-4f跃迁，不易受周围的晶体场影响。近日，高荧光强度的稀土阳离子已用于白光发射器件。一个应用是三个窄发射带型（即所谓的三波段灯）组成的蓝色、红色和绿色磷光体重掺杂荧光灯。另一种应用是白色发光二极管（LED），是基于蓝色发光二极管和市售的黄色荧光体，例如 Y3Al5O12：Ce3+。然而，这些白色发光器件组成的高荧光强度发射谱带比传统宽波段发射装置有更低的颜色渲染。此外，由于未来稀土的稳定供应存在不确定性，因此无稀土材料都争相研究。
我们一直专注于研究可再生的无稀土荧光粉。由于白光发射包含各种波长的光，因此预计，该白色发光可以通过掺杂各种离子来实现，例如掺杂 Sb3+、Mn2+的卤磷酸钙。虽然掺杂 Sb3+、Mn2+的卤磷酸钙化玻璃的发射带通常具有两个主要发射带，一个在480nm与半宽度140nm的半最大值处，另一个在580nm与70-80nm的半最大值处，这些发射带本质上是由于晶体结构的固定。另一方面，如果不掺杂稀土离子的玻璃材料显示媲美结晶磷的白光发射，它会被认为是一个新颖的发光发射材料和良好的成型性材料，这是在工业上非常重要的制造工艺。由于氧化物玻璃一般可以融入各种原子，因此可微调发射中心的发射光谱。如果发射中心的发光波长被影响，所得到的发光颜色也将被影响，这是与传统完全不同的重掺杂晶体荧光粉。
在这项研究中，我们把重点放在了把ns2型发射中心作为一个活化剂。对于ns2（N≥4） 型发射中心，比如Sn 2+，Sb3+，Tl+，Pb2+，Bi3+和Hg0 等，电子在最外层具有的两个基态和激发态，电子的发射受晶体场的影响。考虑到非晶玻璃和水晶的分布部位，这种类型的发射中心适合于非晶体玻璃。最近，这项研究的作者报告了非晶SnOZnOP2O5 低熔点玻璃的最高的量子效率。通过常规的熔融淬火方法得到的氧化物玻璃可以根据SnO的量使得其呈白色?蓝色的发光状态。值得注意的是：在紫外激发下，无稀土离子的透明氧化物玻璃具有媲美结晶磷荧光体的发射光谱，如MgWO4；进一步，据报道：这是无稀土阳离子玻璃材料的最大效率。 宽带发射是通过Sn2+，这是由于最常规的和无害的ns2类型中心带来的。此外，所得到玻璃的发光特性在一定温度内经热处理后保持不变，这表明所得到的玻璃适用于低熔点可作为密封材料的玻璃。值得注意的是：研究实验中观察到的发射现象就是来源于无稀土材料制备的透明非晶玻璃。含有稀土阳离子的晶体荧光体或非晶玻璃的光致发光性质已经被多次报道过，因而预计在不久的将来无稀土非晶玻璃的PL特性会被广泛关注。由于以前的玻璃大多呈现蓝光发射，不过预期白光发射可以通过添加Mn2+来实现，在本研究中类似于Sb3+、Mn2+的共掺钙荧光粉，通过改变玻璃的化学组成来改变其发光特性。 我们也表明，通过制备了一系列Sn/Mn共掺杂的玻璃，白色荧光灯可以通过以下方式获得得：通过组合紫外线和无稀土非晶荧光体来实现。
荧光体的发光一般由激发光源分类的，例如光致发光（PL：紫外红外激发）和辐射发光（RL：X-射线或高能粒子激发）。前者以直接激活一个光子发射中心而发光，而后者被很高的能量冲击来超过内壳的中心带隙。由于RL过程中基质材料的激活，RL能量路径的发光中心是和PL的完全不同的，并且能量分散过程是复杂的。因此，在RL过程的系统研究，将需要在未来。然而，RL材料已被实际用到医疗，安全，环境监测等。
因为ns2型发光中心最外层电子发射受晶体场强烈的影响。另一方面，我们所说的转换概率是针对于实际的荧光体，如掺杂Sb3+、Mn2+的钙卤化不够高。我们曾报道过的高量子效率的SnO-ZnO-P2O5块状玻璃，就是使用这种发射中心，这是非晶氧化物玻璃最高量子效率值，其值超过80%。最近，有报道说该玻璃由AM信号源激发也显示发光特性。另一方面，一些稀土阳离子，如Ce3+的或Pr3+离子，因4f-5d跃迁而显示的宽带发射。由于与其他三价稀土离子4fn-4fn过渡的不同，这些发射中心也适于实际设备的应用，如YAG高转变概率：Ce的。由于发射中心的衰变常数比ns2型中心快得多，这些发射中心被广泛的应用在荧光体中。
1.2 MnO-SnO 掺杂磷酸盐玻璃的研究目的和基本性质
通过实验来探寻掺杂的Mn2+和Sn2+的最优浓度和最适宜的成份，使得制得的材料的发光强度和量子效率最大。基于制备材料的掺杂浓度以及成分的变化，对实验结果进行记录和分析，最后得出结论。此外，通过分析各掺杂浓度材料的光谱性能和量子效率，确定制备磷酸盐玻璃的最优工艺。
MnO磷酸盐化合物与通式，ABPO4：其中A是单价，B是二价阳离子，ABPO4通常被称为正磷酸盐，在照明领域具有广泛的应用。作为低声子能量材料，他们可能是用于生产高效率发光的重要主体材料。它们具有优良的光学和铁电性能以及许多有趣的功能，如良好的导热、化学和机械稳定性，这使得它们几乎对所有显光都很独特。多晶相的存在取决于阳离子的大小和大量强加给激活离子的磷酸晶体场环境。然而，通过仔细的实验就可以微调特定的光学特性并且设计出新的有用的具有高量子产率的荧光体材料。有许多正磷酸盐可用，但有趣的是锌钠磷酸盐从未用于探索发光研究。关于这晶格系统的最显着特点是它具有优异灵活的协调性，它在一定条件下能提供最亮的光致发光。所以，我们报道了一类新的稳定、高效、无毒、价廉、环境友好和由还原固相法制备的掺杂Mn2+的NaZnPO4荧光粉。这种荧光粉在发光器件方面具有很大的潜在应用。
化学性质稳定，并且在显示和照明应用中是较高发光荧光粉材料。大部分市售的荧光体需要短的紫外辐射来激发磷光体系统中的稀土活化剂以产生白光。这是通过在荧光照明产品中的汞放电来实现的。此外，用在荧光灯或发光二极管LED的发光中心是稀土类元素，通常它们是昂贵的。随着较新材料的发展使得较长波长的紫外光转化为蓝光（300-470nm）并最终转变成白光，这固然可以减少汞等有毒性离子的使用，并会导致更高的光转换效率。目前荧光粉的研究主要集中在无汞便宜的荧光粉材料，是环保与提高光效、节能、长寿命和低功耗特性的发展。
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