Y2O3：Eu3+发光材料的制备及其表面改性研究
目前稀土发光材料中非常重要的一类当属于三基色发光材料，该类发光材料是通过蓝绿红三种不同的稀土离子激活而得到的稀土发光物，而Y2O3∶Eu3+可以用作其中的红色荧光粉材料，它是由基质材料Y2O3和激发离子Eu3+组成。众所周知，氧化钇(Y2O3)是一种属于立方晶系的重要稀土氧化物，它具有优异的化学稳定性和物理、机械性能，可以作为比较理想的稀土发光基质材料。铕(Eu)元素是一种典型的镧系元素，在所有镧系元素中反应活性最高，其最外层电子受激发后易跃迁产生荧光发射和荧光激发。将铕离子(Eu3+)掺杂到Y2O3基质中，形成的Y2O3∶Eu3+发光材料可以作为用于稀土三基色荧光粉中的红粉，具有量子效率高、较好的色纯度及光衰特性较好、发射波长适宜等优点，在荧光灯、彩色显示、化纤油墨介质等技术领域获得广泛应用。目前，在材料的制备方面，不容易在短时间内简单快速地制备形貌良好的Y2O3∶Eu3+发光材料，并且制备的材料发光性能不高;此外，Y2O3∶Eu3+表面存在大量的羟基，亲水性强，亲油性差，因此在一些油性有机介质中不能使用。为了解决这些问题，本文采用改进的共沉淀法实现了较短时间高效地制备球形Y2O3∶Eu3+发光材料的目标，探究了不同煅烧温度下(900℃、1000℃、1100℃)样品的形貌结构、元素成分和发光性能，并采用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对Y2O3∶Eu3+发光材料表面进行改性。 本研究采用改进后的共沉淀法制备Y2O3∶Eu3+发光材料。该方法在传统共沉淀法步骤中增加了超声混合沉淀和油浴加热，可制备出具有超细颗粒且粒度分布均匀的粉体，颗粒小而无须球磨，且产物相纯度高，制备设备简单并易于操作。主要研究了不同煅烧温度(900℃、1000℃、1100℃)对制备的样品的形貌和晶体结构、发光性能的影响，分析了三价铕离子掺杂强化材料发光性能的机制。结果表明，煅烧温度为1000℃下制备的样品的球形形貌更好，出现大量规则的球形颗粒，且颗粒比较分散均匀，粒径较小。测试表明，1000℃下制备的Y2O3∶Eu3+样品有更好的晶体结构，其各个晶面的衍射峰强度都是最大的，Y元素的价态为+3价，Eu元素的价态也是+3价，说明采用共沉淀法制备的样品的元素成分价态是非常符合材料标准的，同时也具备较高的发射强度。 在此基础上，将制备好的Y2O3∶Eu3+发光材料用不同比例的十六烷基三甲氧基(HDTMS)进行表面疏水改性，探究其改性前后的疏水性、形貌结构、元素组成、荧光性能等。研究表明，当Y2O3∶Eu3+和HDTMS的质量比为1∶1.6时，改性效果最佳，对于水的接触角约为143°。FTIR分析得到了 Y2O3∶Eu3+改性前后官能团的变化，证实Y2O3∶Eu3+表面成功接枝上了-CH3、-CH2-和C-O有机官能团。TG分析结果表明，随着HDTMS添加量的增加，Y2O3∶Eu3+表面-CH2(CH2)14CH3有机疏水长链的成键质量增加。SEM-EDS结果表明，改性过程对Y2O3∶Eu3+的粒径影响不大，HDTMS-Y2O3∶Eu3+中Si和C的增加也证实了改性过程中HDTMS的疏水长链成功接枝到Y2O3∶Eu3+表面。XRD结果表明，改性后Y2O3∶Eu3+的晶体结构没有受到破坏。PL光谱分析表明，改性后Y2O3∶Eu3+发光材料的激发光谱、发射光谱和发射强度基本不受影响。此外，改性后的HDTMS-Y2O3∶Eu3+材料的量子产率(QY)为77.85％,表明改性后的Y2O3∶Eu3+材料仍具有良好的发光效果，总之，我们制备Y2O3∶Eu3+的方法简单、快速、成本低，而且疏水改性效果好。本研究可为疏水亲油Y2O3∶Eu3+发光材料的制备及其在有机介质中的应用提供参考。
发光材料;共沉淀法;十六烷基三甲氧基硅烷;光致发光特性;疏水性
北京化工大学
硕士
物理学
张鑫
2023
中文
TB342
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）