Sr2CeO4系列发光材料的水热法合成及其性能研究

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目前,稀土发光材料备受瞩目,被广泛的应用于照明、显示和检测等领域,1998年Dinelson等人成功的合成了一种蓝色荧光材料Sr2CeO4,可以被紫外、X射线或阴极射线等有效激发,并且物理化学性质稳定,因此具有潜在的应用价值。本文采用水热法成功合成了Sr2CeO4系列荧光粉,通过TG-DTA、FTIR、XRD、SEM及荧光分光光度计等手段对前驱物及样品进行了分析表征,并系统研究了沉淀剂种类、表面活性剂种类、表面活性剂用量、非稀土金属离子掺杂、稀土离子掺杂对Sr2CeO4物相结构、微观形貌及发光性能的影响,得出以下结论:(1)研究了沉淀剂种类对水热合成Sr2CeO4荧光粉结构、形貌及性能的影响。结果表明:以(NH4)2CO3、Na2CO3为沉淀剂所得前驱体晶相组成相同,均由Ce2(CO3)2O·H2O、CeCO3OH及SrCO3三相组成,经1000℃焙烧2h均得到正交晶相的Sr2CeO4。以(NH4)2CO3为沉淀剂所得样品呈类球形,分散性较好;以Na2CO3为沉淀剂所得样品呈不规则形状,团聚现象严重。所得Sr2CeO4的激发光谱均是位于200~400nm之间的一个宽带双峰结构,发射光谱均是位于400~600nm之间的一个宽带,最大发射峰位于466nm左右,归属于Ce4+的f→t1g跃迁,呈蓝白光发射。在最大激发波长下,以(NH4)2CO3为沉淀剂所得样品的发光强度相对较大。(2)研究了系列表面活性剂:聚乙二醇-1000(PEG-1000)、十二烷基磺酸钠(DSASS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、丙三醇(GL)等对水热合成Sr2CeO4荧光粉结构、形貌及性能的影响。结果表明:采用不同表面活性剂在水热条件下所得前驱物经1000℃焙烧,均得到正交晶相的Sr2CeO4。以DSASS为表面活性剂所得样品呈大颗粒块状结构;以CTAB,GL,PEG-1000为表面活性剂所得样品为不同长径比的棒状结构颗粒。表面活性剂种类对发射峰和激发峰强度影响较大,由强到弱的顺序为:PEG-1000> GL>CTAB>DSASS。(3)研究了表面活性剂(PEG-1000)用量、水热时间对合成Sr2CeO4结构、形貌及性能的影响。结果表明:水热前驱体经1000℃焙烧2h后均可得到正交晶相的Sr2CeO4,PEG用量以及水热时间对晶相结构影响较小。当水热反应时间为6h,表面活性剂用量为0.2g时,所得样品结晶度较高,颗粒尺寸均一,分散性较好且荧光强度最大。(4)用非稀土金属离子(Mg2+,Ca2+,Zn2+,Al3+)和稀土离子(Dy3+)对Sr2CeO4进行了掺杂,并研究了其对Sr2CeO4基质发光性能的影响。研究发现:金属离子掺杂对Sr2CeO4发射光谱的峰形峰位影响较小,均是位于400~600nm的宽带,主峰位于466nm。Al3+、Ca2+对Sr2+2CeO4发光有猝灭作用,而适量的Mg2+、Zn可有效的提高样品的荧光强度,最佳掺杂量分别为4%和5%。Mg2+、Zn2+掺杂后样品的激发光谱发生了红移。稀土离子Dy3+掺杂的Sr2CeO4荧光粉的激发光谱也为宽带双峰结构,类似于Sr2CeO4的激发光谱,主峰位于305nm处。发射光谱则主要由400nm-550nm的蓝光发射带和550nm-600nm的黄绿光发射峰两部分组成,前者主要源于Sr2CeO4基质发光,后者源于Dy3+离子4F69/2-H13/2能级跃迁。Dy3+的掺杂浓度对Sr32CeO4:Dy+的发光强度及发光颜色有着重要的影响,随着Dy3+掺杂浓度的增加,其黄、蓝发射峰强度比值(RY/B)逐渐增大,样品的发光颜色逐渐由蓝白色向黄色转变。同时,材料整体发光强度降低,可能缘于Dy3+掺杂引起晶格畸变程度增加,影响到Sr2CeO4一维链状结构的完整性所致。
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