硼酸镁与硼酸钙基质发光材料的制备及发光性能研究

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硼酸盐基质发光材料已经成为目前研究的热点,并且在制备方面和发光性能的提升方面取得了一定的成果,但是硼酸盐基质发光材料的研究体系仍然不足,主要集中在无水硼酸盐基质的研究方面,只有少数关于水合硼酸盐基质的研究。此外,制备方法仍显单一,主要是高温固相法,且对于制备方法、条件与产品形貌、发光性能之间的关系研究仍需深入、完善。因此,拓宽硼酸盐发光材料的研究体系,并深入研究制备方法、条件对产品形貌、粒径及发光性能之间的联系,将有利于对新型硼酸盐基质发光材料的研发,同时可以促进硼酸盐及硼矿资源的开发与利用。  本论文以硼酸盐基质发光材料为研究对象,制备得到硼酸镁与硼酸钙基质发光材料,对其进行化学分析,EDS,XRD,IR,SEM,TG-DTA等表征,另外研究了它们的发光性能,详细研究内容如下:  (1)用水热法制得纳米线组装的刺球状2MgO·B2O3·2H2O和纳米线组装的不规则刺球状2MgO·B2O3·2H2O∶Eu3+,然后用制备的2MgO·B2O3·2H2O∶Eu3+通过高温焙烧得到球团状Mg2B2O5∶Eu3+。最后通过检测表明Eu3+的掺入对2MgO·B2O3·2H2O的结晶度、形貌、结构影响都不大。还通过研究反应时间及Eu3+掺杂量对2MgO·B2O3·2H2O∶Eu3+发光性能的影响,确定了最好的制备条件。与焙烧后的Mg2B2O5∶Eu3+的发光性能相比,2MgO·B2O3·2H2O∶Eu3+、Mg2B2O5∶Eu3+的最高发射峰分别处在λ=614 nm和λ=592 nm处,依次是红色发光和橙色发光;此外发现2MgO·B2O3·2H2O∶Eu3+的色纯度(红色)明显高于Mg2B2O5∶Eu3+的色纯度(橙色),表明2MgO·B2O3·2H2O∶Eu3+是一种红色发光纳米材料,具有形貌规则、制备温度低、色纯度高的特点。  (2)利用水热法、相转化法,制备得到了八种水合硼酸钙及以其为基质的Eu3+掺杂的发光材料,并分析了Eu3+的掺入对其结构、形貌、粒径等方面的影响,发现对结构基本没有影响,但对形貌及粒径有一定的影响。制备得到的八种水合硼酸钙基质发光材料分别为:微米片组装的刺球状的CaB2O4·0.5H2O∶Eu3+、分散的微米片状CaB6O10·4H2O∶Eu3+、三角形片聚集状的CaB6O10·5H2O∶Eu3+、微米带状的Ca2B2O5·H2O∶Eu3+、微米棒组装的刺球状的CaB3O5(OH)∶Eu3+、微米片状的Ca2B10O17·5H2O∶Eu3+、纳米片聚集体结构Ca2B14O23·8H2O∶Eu3+和纳米片组装不规则球状Ca4B10O19·7H2O∶Eu3+。同时,对制备的八种Eu3+掺杂产品的发光性能进行了研究,它们的最高发射峰均对应于Eu3+的5D0-7F2跃迁,主要为红色发光。此外我们主要研究了表面活性剂或助剂种类、Eu3+掺杂量分别对这八种水合硼酸钙基质发光材料发光性能的影响,还研究了原料种类(或制备方法)、反应时间对Ca4B10O19·7H2O∶Eu3+和Ca2B10O17·5H2O∶Eu3+发光性能的影响,并获得了最佳的制备方法及条件。  另外通过焙烧前躯体(Ca2B2O5·H2O∶Eu3+)法制备得到了带状结构的Ca3(BO3)2∶Eu3+,并对比研究了前躯体与它的发光性能,发现他们的最高发射峰位置基本相同,均为红色发光,在各自最佳激发波长处,Ca2B2O5·H2O∶Eu3+发光强度的红橙比竟和Ca3(BO3)2∶Eu3+基本相同,表明Ca2B2O5·H2O∶Eu3+是一种发光性能良好的红色发光材料。此外,首次通过焙烧前躯体(4CaO·5B2O3·7H2O∶Eu3+)法制备得到了CaB2O4∶Eu3+,其最强发射峰位于λ=588 nm(橙色),并研究了前躯体制备条件及焙烧温度对产品发光性能的影响,寻求得到了最佳制备条件和焙烧温度。与传统高温固相反应法制备的CaB2O4∶Eu3+相比,利用焙烧前躯体法制备的CaB2O4∶Eu3+具有分散性较好、焙烧温度较低,发光强度更好的特点。
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