稀土发光材料亟需技术和应用双驱协同创新

稀土发光材料是照明、显示和信息探测器件的核心组成部分。中国已经连续多年成为稀土发光材料生产和消费第一大国。本文重点介绍了稀土发光材料发展现状,指出了其在超高色域显示、全光谱健康照明和荧光转换型近红外光源等领域的发展趋势,并针对目前我国稀土发光材料领域存在的原始创新能力不足、目标导向性差、产学研协同创新乏力等核心问题,提出通过集聚优势力量搭建协同创新技术平台,以技术创新和终端应用需求为双驱动力,实现从“跟并跑”到“领跑”的跨越之路。     

微波法合成红色长余辉发光材料Gd2O2S:Eu,Mg,Ti及其发光特性

用微波辐射法首次合成了Gd2O2S:Eu,Mg,Ti红色磷光化合物,用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光分光光度计等对合成产物进行了分析和表征.结果表明:材料的晶体结构为六方晶系,与Gd2O2S的相同.颗粒的形貌为类球形,分散性较好,尺寸在1～2 μm之间.Gd2O2S:Eu,Mg,Ti的激发光谱呈带状,激发光谱主峰位于360 nm,另外在400,422,472 nm等处也有激发峰存在;发射光谱为线状光谱,归属于Eu3 的5DJ(J=0,1,2)到7FJ(J=O,1,2,3,4)的跃迁.随着Eu浓度的增加,位于蓝绿区的586,557,541,513,498,471,468 nm处的发射峰逐渐减弱,而主峰位于627 nm处的红光发射明显增强.当Eu浓度为6 mol%时,红光发射最强.Mg,Ti共掺杂可显著改善其余辉性质.     

Sr_2Si_5N_(8-δ)C_x:Eu~(2+)碳氮化物荧光粉的制备及发光性能研究

采用高温固相法成功制备了Sr_2Si_5N_(8-δ)C_x:Eu~(2+)碳氮化物荧光粉,并研究了Si-C替代Si-N对晶体结构和发光性能的影响。XRD结果表明,部分Si-C替代Si-N并未改变荧光粉的晶体结构,C4-替代N3-最大掺杂量不超过x=1.2。荧光光谱结果表明,荧光粉的激发和发射光谱并未随着x值增加而发生偏移,意味着Si-C替代Si-N对Eu2+周围晶体场环境影响较小;当x=0.3时,荧光粉的发光强度达到最大,随着x值进一步增大,样品结晶性变差,导致其发光强度降低。荧光粉热猝灭性能结果表明,适量的Si-C替代Si-N能够提升样品的热猝灭性能;热猝灭性能提升机制主要采用离子半径错配模型进行解释。     

添加Y_2O_3对TiN-Sialon-Al_2O_3复相材料的制备与冲蚀磨损性能的影响

采用铝热还原氮化法原位制备了TiN-Sialon-Al_2O_3复相材料,探讨了Y_2O_3添加量对TiN-Sialon-Al_2O_3复相材料的物相组成、微观结构和固体粒子冲蚀磨损性能的影响。结果表明:添加Y_2O_3能够显著提高TiN-Sialon-Al_2O_3复相材料的抗折强度。Y_2O_3在高温下形成Y-Si-Al-TiO-N低共融相,起到弥合气孔及愈合裂纹的作用,促进了复相材料的烧结致密。Y_2O_3添加量5%时,材料在室温和1400℃下的冲蚀磨损性能最好,体积冲蚀磨损率最小分别为1.99和0.65 mm~3·g~(-1)。添加Y_2O_3后形成的Y-Si-Al-Ti-O-N玻璃相1400℃下发生软化并产生塑性,减弱了材料受到的磨削和切削作用,提高了TiN-Sialon-Al_2O_3复相材料的冲蚀磨损性能。     

微波法合成新型红色长余辉材料Gd2O2S:Eu,Mg,Ti中助熔剂的影响

用微波辐射法合成了红色长余辉材料Gd2O2S:Eu,Mg,Ti,用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光分光光度计等手段对合成产物进行了分析和表征,并研究了不同助熔剂Li2CO3,Na2CO3,K2CO3,Na3PO4,KH2PO4以及Li2CO3和Na2CO3共同作用对材料的微观形貌及发光性能的影响.结果表明:不同的助熔剂的加入均可得到单相晶体,材料的晶体结构为六方晶系,与Gd2O2S的相同.颗粒分散性较好,晶粒尺寸以及形貌因助熔剂的不同而有所差别.发光性质研究表明:不同助熔剂的加入并没有改变样品发射谱主峰位置(627nm),但对其峰强度产生明显影响,激发光谱中的情况与此相似.研究发现Li2CO3和Na2CO3共同作用可有效延长余辉时间.     

P掺杂对绿色荧光粉BaMgAl$lt;sub$gt;10$lt;/sub$gt;O$lt;sub$gt;17$lt;/sub$gt;:Mn$lt;sup$gt;2+$lt;/sup$gt;性能的影响

采用高温固相法合成P掺杂的BaMgAl₁₀O₁₇:Mn²⁺荧光粉,其中P通过（NH₄）₂HPO₄引入.利用X射线衍射谱、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、能量色散谱、真空紫外光谱等研究了P掺杂对BaMgAl₁₀O₁₇:Mn²⁺晶体结构、微观形貌、发光性能等的影响.研究结果表明：（NH₄）₂HPO₄具有助熔剂的作用,它的加入有助于荧光粉的晶化,改善荧光粉的形貌.P掺杂进入晶格,使得晶胞参数变小,从而改变了Mn²⁺的晶体场环境,引起发射光谱蓝移,色坐标x值降低.P掺杂能有效提高基质对真空紫外线的吸收,从而提高真空紫外激发下的发光强度. 关键词： P掺杂 10O₁₇:Mn²⁺')" href="#">BaMgAl₁₀O₁₇:Mn²⁺ 晶体结构 真空紫外     

金催化的扩环反应:2,3-苯并二氮杂类化合物的高效合成

研究了金催化的基于1-炔基-1,2-二氢-2,3-二氮杂萘类底物的氧化/扩环反应,在以PPh_3AuNTf_2为催化剂8-甲基喹啉氮氧化物为氧化剂的条件下高效地合成了2,3-苯并二氮杂类化合物.该反应可能经历了α-羰基金卡宾的生成以及选择性的1,2-苯基迁移反应,而1,2-H和1,2-N迁移反应未观测到.我们还研究了2,3-苯并二氮杂类产物在FeCl_3存在下的转化反应,发现随着FeCl_3的用量的不同,可以分别生成吡唑及多并环类产物.     

微波场作用下La2O2S：Eu荧光粉的快速合成及其发光特性

采用微波法快速合成了La₂O₂S:Eu红色荧光粉,用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、荧光光谱等对合成产物进行了分析和表征。结果表明:材料的晶体结构为六方晶系,与纯La₂O₂S的结构相同。颗粒的形状不规则,分散性较好,尺寸在2μm左右。La₂O₂S:Eu的激发光谱主要是位于200~450nm范围内的宽带,此宽带激发来源于Eu³⁺的电荷转移态的吸收跃迁。在472nm左右出现一弱的尖锐的吸收峰,属于Eu³⁺的4f→4f跃迁吸收。发射光谱是由512,539,556,583,596,617,627nm的一系列窄带发射峰组成。这些发射峰归属于Eu³⁺从⁵D_J(J=0,1,2)到⁷F_J(J=0,1,2,3,4)的能级跃迁。随着Eu摩尔分数从2%增加到10%,主激发峰从348nm移动到365nm,移动了17nm;位于蓝绿区的发射峰逐渐减弱,627nm处的红光发射明显增强,当Eu的摩尔分数为8%时发光强度达到最大,继续增加Eu的浓度发光强度反而降低。     

Ca取代Sr对Sr3Al0.6Si0.4O4.4F0.6：Ce3+荧光粉的发光性能影响

采用高温固相法合成Ca取代Sr₃Al_0.6Si_0.4O_4.4F_0.6：Ce³⁺中Sr的 Sr_3-xCa_xAl_0.6Si_0.4O_4.4F_0.6：Ce³⁺荧光粉。由于Sr₃Al_0.6Si_0.4O_4.4F_0.6：Ce³⁺中Sr具有十配位Sr（1）和八配位Sr（2）,所以激活剂离子Ce³⁺也具有两个不同的占位。结合Ce³⁺的光谱结果和Van Uitert经验公式,分别研究了十配位Ce（1）³⁺和八配位Ce（2）³⁺的猝灭浓度和荧光寿命,指出是由于Ca的掺入减小了Ce（1）³⁺发光中心,增加了Ce（2）³⁺发光中心,从而出现随着Ca/Sr比增加,样品在400 nm激发下发光强度减小,而在460 nm激发下发光强度增大的现象。同时,Ca的掺入增强了粉体发光的热稳定性。调节Ca含量可以使粉体实现从绿黄色到黄色的发光,表明Sr_3-xCa_xAl_0.6Si_0.4-O_4.4F_0.6：Ce³⁺荧光粉是一款潜在的适合近紫外和蓝光激发的白光LED用荧光粉。     

稀土发光材料技术和市场现状及展望

全面分析了新型节能绿色照明及平板显示用稀土发光材料研究及产业发展状况,特别总结了三基色节能灯照明、半导体照明、液晶显示背光源以及等离子平板显示用稀土发光材料的种类、性能、制备技术及产业状况。指出我国在半导体照明、液晶显示背光源、等离子显示等高端稀土发光材料领域核心知识产权缺乏、市场占有率低,在灯用三基色荧光粉等领域存在制备技术落后、发光效率低、稳定性差等问题。最后,展望了我国稀土发光材料下一步的研发和产业重点和发展趋势。