高效稳定红色长余辉粉体改性与制备研究

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长余辉粉体(Long afterglow phosphor)是一类可以吸收日光或紫外光,然后在黑暗中发出可见光的功能性发光材料,在夜间标识和安全指示方面有重要应用。然而目前长余辉材料的发光颜色主要为蓝紫色到黄绿色区域,在红色区域还未能出现性能上相匹配余辉粉体。因而,红色长余辉粉体引起了研究人员的广泛关注。本文采用了表面包覆改性方法在目前商用的Y2028:Eu3+粉体表面包覆了SiO:层,进而改善其在高温和海水浸泡环境的稳定性能。采用场发射扫描电镜(field emission scanning electron microscope, FESEM).能谱分析(energy dispersive spectroscopy,EDS)、荧光分光光度计(fluorospectro photometer,FP)、接触角测试仪(video-based, contact angle measuring device)等对所改性的红色长余辉粉的形貌、成分和性能进行了表征。结果表明:我们以一种简单可行的方法在Y2O2S:Eu3+表面包覆了Si02层。包覆后的Y2O2S:Eu3+粉体在经60天浸泡后荧光强度仍能保持在原有性能的80%左右,而未包覆粉体仅为50%。同时,包覆处理后粉体的热稳定性也较未包覆粉体有较大提高:在粉体加热到200℃时,包覆后和未经包覆处理的粉体荧光强度分别为常温强度的60%和25%。对粉体表面进行的疏水处理后,成功将粉体压片接触角由33.4°提高到126.5°,提高了粉体的抗潮湿能力。采用高温固相法合成Sm3+掺杂La2O2S长余辉粉。通过X射线衍射(X-ray diffraction analysis, XRD)测试系统研究了温度和Sm3+掺杂浓度对La202S形成的影响。紫外-可见吸收光谱(UV-vis absorption spectra)测试结果显示:与同样条件制备的Y2O2S:Eu3+粉体相比,La2O2S:Sm3+粉在可见光区具有更好的光吸收性能。通过PL荧光测试发现,La2O2S:Sm3+的发射峰为570、606和659 nm,并且最强值在606 nm处,对应Sm3+的4G5/2→6H7/2跃迁。最强激发峰在413 nm处,由Sm3+的6H5/2→4L13/2(413nm)的跃迁产生。La2O2S:Sm3+粉体的发射光强度随着Sm3+掺杂浓度增加而上升,当掺杂浓度达到5 mo1%时获得最强发光性能,然后出现浓度猝灭。在La2O2S:Sm3+粉体的余辉性能测试中发现:一定浓度范围内,低掺杂的粉体具有更好的余辉性能。为了进一步改善La2O2S:Sm3+粉体的发光性能,我们尝试使用不同种类和浓度的共掺杂离子来实现。采用高温固相法制备了0.3 mol% Sm3+掺杂浓度的La2O2S:Sm3+, Eu3+、La2O2S:Sm3+, Tb3+、La2O2S:Sm3+, Tm3+长余辉粉体。XRD测试结果表明:低浓度共掺杂离子的进入对La2O2S的晶型无明显影响,只是晶胞参数出现略微变化。通过PL荧光测试发现:Tb3+的掺入可以提高La2O2S:Sm3+粉体的发光性能,而Eu3+、m3+的掺入会导致发光性能的降低。掺入Eu3+的样品在324.6nm激发下会出现强发射峰,分别位于538.6、586.8和625.2 nm处,这是由于O2-和Eu3+间发生的能级跃迁。鉴于Mg2+和Ti4+在Y2O2S:Eu3+共掺杂方面的广泛应用,我们还研究了3 mol%Sm3+掺杂浓度下Mg2+、Ti4+单掺与不同比例共掺对La2O2S:Sm3+粉体发光性能的影响,发现一定比例的共掺离子对La2O2S:Sm3+的发光性能有更高提升。通过色品坐标分析发现掺杂离子均有利于获得色纯度更高的粉体,最后对各掺杂样品的余辉性能进行了测试。
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