两类不含稀土的发光材料的制备和温度特性研究

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发光材料在我们的日常生活中占据着越来越重要的地位,稀土发光材料具有丰富的能级结构成为了发光学领域的研究热点,但稀土资源有限,且提纯成本高,环境污染问题严重。本文中主要研究了两类不含稀土的发光材料:碳点和K2SiF6:Mn4+。碳点具有来源广泛、良好的水溶性和生物相容性、表面易修饰等优点,在生物医学、传感、催化、半导体照明等多个领域具有潜在应用,但是它的发光机理尚不明确,性能有待提升,仍需进一步深入研究。K2SiF6:Mn4+作为半导体照明用红色荧光粉,具有激发范围窄、色纯度高、成本低等特点,对于弥补商用白光LED的显色性具有重要价值。本文首先制备了纳米荧光碳点材料和K2SiF6:Mn4+红色荧光粉,考察了他们的常温特性,其次研究了温度对这两种发光材料的基本影响规律,最后通过温度猝灭现象尝试解释了碳点的发光机理,揭示了K2SiF6:Mn4+特殊的发光热致增强现象的原因。主要研究内容和结论如下:1.用水热法,以葡萄糖作为原料制备荧光纳米碳点,研究了不同反应条件、不同处理方法、不同添加剂对碳点制备的影响。高浓度会生成过量中间产物,高温、长时间会生成大量的碳球颗粒,最佳反应条件为0.1mol/L于200℃反应1h:采用无水乙醇作为添加剂能够限制碳点长大,但制备的碳点光学稳定性较差;浓硫酸能够促进碳点的合成,220℃反应2h能够获得尺寸均匀的碳点,浓硫酸添加量越少,碳点尺寸越小;使用含氮的一水合草酸铵作为原料,能够获得量子产率约为10%的荧光碳点。2.研究了浓硫酸作为添加剂所获得碳点的常温光学性能。碳点的最佳激发波长为350nm,最强发射波长为460nm,发射峰具有激发波长依赖性,随激发波长的红移向长波移动。荧光碳点具有良好的光学稳定性,但分散溶液的pH值会改变碳点发射谱的峰位和强度,且该过程可逆,可用于pH的传感检测。对葡萄糖、一水合草酸铵为原料获得的两类不同碳点进行了温度特性研究,发现均存在温度猝灭现象,且可用于温度传感。碳点在短波长激发下比长波长激发具有更快的温度猝灭速度,表明量子尺寸效应是碳点发光的主要机制。3.系统研究了K2SiF6:Mn4+红色荧光粉的物相、形貌,常温和变温发光性能。K2SiF6:Mn4+荧光粉可吸收400-500nm的蓝光,发射610-650nm范围的红光,适用于蓝光激发的白光LED的封装。K2SiF6:Mn4+的发射强度和发射峰位置均呈现较好的热稳定性。其中,发射峰随温度升高会发生红移,可归因于零声子线的红移,但其色坐标的变化在150℃时仍小于0.01。发光强度随温度升高先升后降,其在低温度下的发光热致增强主要因为其量子产率随温度的改变。K2SiF6:Mn4+荧光粉的反斯托克斯发射峰和斯托克斯发射峰的强度比,与温度满足很好的指数关系,可应用于温度的监测。
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