基本信息
- 項目名稱：
- 高效鋱摻雜堿土鎢酸鹽球形綠色熒光粉制備及光譜性能
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 在節(jié)能燈用三基色熒光粉中，綠色熒光粉是關鍵。它對燈的光效和光通維持率起主要作用。商品化(Ce,Tb,La)PO4熒光粉采用高溫固相合成法制備。此法制備綠色熒光粉的反應溫度高，能耗大，以及還原氣氛和Ce、Tb共摻導致成本高。為此，合成新的綠色熒光粉勢在必行。 鎢酸鹽是重要的光電功能材料,也是性能優(yōu)異的基質材料, 采用水熱法成功合成不同Tb濃度摻雜的鎢酸鹽AWO4 (A=Ca, Sr, Ba)的熒光粉。對不同Tb3+離子摻雜濃度發(fā)光強度的研究, 結果表明:鎢酸鹽熒光粉中Tb3+離子的最佳摻雜濃度均為12at.%。商用熒光粉是利用Ce3+吸收紫外光傳遞給Tb3+發(fā)光，而該綠色熒光粉是利用基質中鎢酸根吸收紫外光傳遞給Tb3+發(fā)光，這樣不僅降低了稀土離子的用量，從而降低了成本。此熒光粉合成溫度低、方法簡單和顆粒均勻等優(yōu)點，而且發(fā)光強度與商用綠色熒光粉發(fā)光強度是可以比擬的。上述研究已在國外著名刊物發(fā)表3篇SCI收錄文章，并對堿土鎢酸鹽體系申請專利一項。因此，該熒光粉完全有可能用作節(jié)能燈的燈粉。
- 詳細介紹：
- 近年來, 由于稀土摻雜無機材料在熒光燈, 陰極射線管, 固體激光器,光電子器件的廣泛應用, 因此稀土摻雜的無機發(fā)光材料引起了人們廣泛的關注。鎢酸鹽是重要的光電功能材料, 這類單鎢酸鹽AWO4(A=Ca, Sr, Ba)熒光體屬于自激活熒光體,它們能輻射出藍光; 摻入適當?shù)南⊥岭x子, 不僅能提高鎢酸鹽的發(fā)光性能, 實現(xiàn)發(fā)光在可見光區(qū)的調諧和頻率變換; 這樣摻入適當?shù)南⊥岭x子, 不僅能提高鎢酸鹽的發(fā)光強度, 還能豐富這些材料的發(fā)光性能, 克服單純的鎢酸鹽的發(fā)光性能相對單一、光效率較低等缺點。這類材料兼具有鎢酸鹽熱穩(wěn)定性和稀土離子優(yōu)異的發(fā)光特性, 有望成為一類新型的發(fā)光材料。 本論文采用加入螯合劑檸檬酸運用水熱法合成方法制備不同濃度AWO4:Tb分散球形綠色熒光粉, 水熱溫度和時間分別為180℃和12h。使用水熱法合成鋱摻雜的AWO4單分散球形微米綠色熒光粉, 實現(xiàn)在堿土鎢酸鹽中稀土不等價態(tài)摻雜，研究其電荷補償機理，研究結果表明：CaWO4:Tb和SrWO4:Tb樣品存在著Na＋離子作為電荷補償，即2Ca2＋(Sr2+)＝Tb3＋＋Na＋；BaWO4:Tb熒光粉樣品不存在Na＋作為電荷補償形成空位來補償電荷的平衡，即3Ba2+=2Tb2+ +? (?代表Ba2＋格位的空位)。并在堿土鎢酸鹽AWO4中成功實現(xiàn)了不同濃度Tb3+ 離子的摻雜，形貌為球形顆粒，粒徑大小為1-3 ?m，球形顆粒具有高包覆密度和低散射光等優(yōu)點, 能夠顯著提高熒光粉的發(fā)光強度。熒光壽命結果表明：BaWO4:Tb樣品的熒光壽命最長，CaWO4:Tb其次，而SrWO4:Tb最短，可能的原因是在BaWO4:Tb樣品中存在空位能量的傳遞導致Tb3+離子的5D4?7F5能級衰減變慢。由于其合成方法簡單，發(fā)光性能與商用綠色熒光粉LaPO4:Ce,Tb熒光粉相當，因此開發(fā)稀土摻雜的鎢酸鹽綠色熒光粉具有潛在的應用價值, 有望成為新一代的綠色熒光粉。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 商用綠色熒光粉（LaPO4:Ce,Tb）利用Ce3＋吸收紫外光傳遞Tb3＋（即不同稀土離子間能量傳遞），該熒光粉采用高溫固相法合成，此方法反應能耗大、還原氣氛和稀土Ce、Tb共摻導致成本高。為了改變商用綠色熒光粉不足。我們選擇鋱摻雜的堿土鎢酸鹽體系，探索鎢酸鹽與鋱離子之間的能量傳遞機理（即基質與稀土離子之間能量傳遞），以獲得高效鋱摻雜鎢酸鹽綠色熒光粉。
科學性、先進性及獨特之處
- 利用堿土鎢酸鹽中鎢酸根能有效吸收紫外光并且能有效地把吸收能量傳遞給鋱離子，實現(xiàn)高效綠光發(fā)射。而商用綠色熒光粉LaPO4:Ce,Tb利用Ce3+吸收紫外光傳遞Tb3+發(fā)光，該熒光粉采用高溫固相合成，用此法制備Ce、Tb共摻綠色熒光粉能耗大、還原氣氛和Ce、Tb共摻導致成本高。而采用水熱法合成Tb單摻堿土鎢酸鹽，其發(fā)光性能可與商用綠色熒光粉相當。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 鋱摻雜到堿土鎢酸鹽體系中, 可以實現(xiàn)鎢酸鹽對鋱的高效敏化發(fā)光。這類材料兼具有堿土鎢酸鹽熱穩(wěn)定性和稀土離子優(yōu)異的發(fā)光特性,高效鋱摻雜的鎢酸鹽綠色熒光粉具有潛在的應用價值, 有望成為新一代的綠色熒光粉。
學術論文摘要
- 本文采用水熱法成功合成不同Tb3+濃度摻雜的堿土鎢酸鹽AWO4(A=Ca，Sr，Ba)球形綠色熒光粉。通過粉末X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)， EDS能譜來表征熒光粉的晶相結構和顆粒大小，形貌及成分; 激發(fā)光譜和發(fā)射光譜以及熒光衰減曲線來表征熒光粉的發(fā)光性能。XRD分析確認不同Tb3+濃度摻雜的AWO4具有白鎢礦結構; SEM圖像顯示不同Tb3+濃度摻雜AWO4為分散的球形熒光粉以及顆粒大小為1-5μm, EDS能譜表明CaWO4:Tb和SrWO4:Tb樣品存在著Na＋離子作為電荷補償，BaWO4:Tb樣品中不存在Na＋作為電荷補償，而是形成空位來補償電荷平衡。激發(fā)光譜表明CaWO4:Tb，SrWO4:Tb, BaWO4:Tb熒光粉樣品分別在262nm, 258nm, 265nm處有一個最強的吸收峰, 這里對應于WO42-基團的吸收峰。 發(fā)射光譜表明在254nm的激發(fā)下12at.% AWO4:Tb熒光粉樣品與商用綠色熒光粉LaPO4:Ce, Tb發(fā)光強度相當。并且研究Tb3+離子摻雜濃度對發(fā)光強度的關系, 結果表明:熒光粉中Tb3+離子的最佳摻雜濃度均為12at.%。
獲獎情況
- 發(fā)表國外SCI文章3篇： 1.Journal of Luminescence. 129, 668-671, 2009 ; 2.Optical Materials . In press. 3.Materials Research Bulletin. In press. 申請專利一項： “球形鋱摻雜的鎢酸鹽綠色熒光粉及其制備方法”，中國發(fā)明專利，申請?zhí)?00910114933.2
鑒定結果
- 堿土鎢酸鹽是重要的光電材料。當在鎢酸鹽體系中加入稀土離子，不僅能提高鎢酸鹽的發(fā)光性能, 實現(xiàn)發(fā)光在可見光區(qū)的調諧。利用鎢酸鹽中鎢酸根吸收紫外光傳遞Tb，實現(xiàn)高效綠色發(fā)射。因此該論文選題有重要科學意義。
參考文獻
- 1.Y. G. Su, et al “Synthesis and Optimum Luminescence of CaWO4-Based Red Phosphors with Codoping of Eu3+ and Na+,” Chem. Mater. 20 (2008) 6060. 2.F. Lei, et al “Hydrothermal synthesis and luminescence of CaMO4:RE3+ (M=W, Mo; RE=Eu, Tb) submicro-phosphors,” J. Solid. State. Chem. 181 (2008) 855. 3.H. T. Shi, et al “Polymer-Directed Synthesis of Penniform BaWO4 Nanostructures in Reverse Micelles,” J. Am. Chem. Soc. 125 (2003) 3450. 4.N. Hashimoto, et al “Green-luminescent (La,Ce)PO4:Tb phosphors for small size fluorescent lamps,” J. Lumin. 48-49 (1991) 893. 5.H. Hosono, et al “Long lasting phosphorescence properties of Tb3+-activatied reduced Calcium aluminate glasses,” J. Phys. Condens. Matter. 10 (1998) 9541. 6.M. T. Jose, et al “Ce3+ to Tb3+ energy transfer in alkaline earth (Ba, Sr or Ca) sulphate phosphors,” Opt. Mater. 24 (2004) 651.
同類課題研究水平概述
- 近年來，由于鎢酸鹽的化學性質和耐輻照性非常穩(wěn)定，價格便宜，容易制備等優(yōu)點以及其在拉曼激光器、電致發(fā)光和微波陶瓷等方面應用引起了全世界科學家的廣泛關注。Y.Oaki研究BaWO4與聚丙烯酸(PAA)納米雜化體的利用紫外激發(fā)得到增強綠光發(fā)射。國內李莉萍等人利用紫外光（243nm）激發(fā)來研究鎢酸鈣納米顆粒主峰在421nm藍光發(fā)射 。稀土離子（如二價的Eu，三價的Ce到Yb）是一類性能優(yōu)異的納米基質材料的發(fā)光中心，具有高的分辨率和靈敏度。若摻入適當?shù)南⊥岭x子，不僅能提高鎢酸鹽的發(fā)光強度，還能豐富這些材料的發(fā)光性能，克服單純的鎢酸鹽的發(fā)光性能相對單一、光效率較低等缺點。這類材料兼具有鎢酸鹽熱穩(wěn)定性和稀土離子優(yōu)異的發(fā)光特性，有望成為一類新型的納米發(fā)光材料，在熒光材料，傳感器和生物等多種領域具有良好的應用前景。 稀土離子摻雜鎢酸鹽納米發(fā)光材料是近年來對鎢酸鹽研究的熱點，目前對純鎢酸鹽微米晶和納米晶的合成技術已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，人們可以可控地合成不同形貌和顆粒大小的鎢酸鹽納米晶。采用反膠束模板法合成BaWO4納米線束。通過調節(jié)CTAB表面活性劑加入量，采用循環(huán)微波法合成不同形貌CaWO4，SrWO4微米晶。采用水熱法合成Eu3+:CaWO4納米晶，研究表明，實現(xiàn)Eu3+離子在白鎢礦CaWO4納米顆粒中摻雜，并實現(xiàn)高效紅光發(fā)射。
