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研究生:徐修生
研究生(外文):Hsiu-Sheng Hsu
論文名稱:硫化鋅摻錳螢光粉之製備與性質研究
論文名稱(外文):Preparation and Characterization of ZnS:Mn phosphors
指導教授:陳引幹陳引幹引用關係
指導教授(外文):In-Gann Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:材料科學及工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:螢光粉硫化鋅摻錳奈米粉種晶助熔法
外文關鍵詞:nano-powderphosphorseeding flux fusion methodZnS:Mn
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  本研究係以膠體共沈法、水熱處理法及新製程-種晶助熔法製備硫化鋅摻錳螢光粉體,以探討活化劑離子濃度、粒徑大小與製程變因等因素對此螢光體結構與發光性質的效應。實驗結果的分析,乃利用XRD、EDS、TEM、FTIR進行晶體結構與組成之鑑定;並利用光致發光光譜(PL)進行發光特性之研究。

  研究結果顯示,利用膠體共沈法及水熱處理法可以合成出粒徑約10nm~40nm之奈米ZnS:Mn螢光粉,而經過水熱法製備之奈米ZnS:Mn螢光粉擁有較佳的結晶性,但發光強度卻比未經水熱處理的螢光粉還要弱。另外,由於奈米螢光粉分散性不佳且在空氣中不穩定,故本研究試圖以分散劑(六聚磷酸鈉,(NaPO3)6)及界面活性劑(二辛基磺基丁二酸鈉(AOT);十二烷硫酸鈉(SDS))的添加進行螢光粉的表面改質,以提升其性質並加強穩定性,結果顯示分散劑以及AOT添加對奈米螢光粉發光強度有所提升,但SDS添加則會導致發光強度減弱。

  為探討螢光粉體新製程技術,本研究嘗試利用種晶助熔的方式製備ZnS:Mn螢光粉,結果顯示,當種晶比例為1wt%且添加1mol% NaCl助熔劑之試樣於900℃還原氣氛下燒結後,可獲得一發光強度優越且色純度佳之螢光粉體。
  This research is to investigate the effect of activator concentration and processing parameters on luminescence properties of ZnS:Mn phosphors. The effect of particle size of ZnS:Mn phosphors on luminescence is also studied by coprecipitation, hydrothermal treatment and seeding flux fusion method respectively. The X-ray diffraction, EDS, SEM, TEM and FTIR were utilized in the characterization of phase purity and microstructure of phosphor particles. Photoluminescence(PL) spectroscopy was utilized to characterize the optical properties.

  The results show that nano-scale ZnS:Mn phosphors can be produced by coprecipitation and hydrothermal treatment. The average grain size of these fine powders were found to be 10nm~40nm. Our XRD results of these nano-scale ZnS:Mn phosphors show higher degree of crystalline structure with hydrothermal treatment, however, we found that the hydrothermal treatment debases the luminescence yield.

  To stabilize and disperse nano-scale phosphors, we have attempted to add dispersant (Sodium hexametaphosphate, (NaPO3)6) or surfactant (Dioctyl sulfosuccinate, AOT;Dodecyl sulfate, SDS) to improve the quality of nano-scale ZnS:Mn phosphors. The intensity of luminescence emission of nano-scale ZnS:Mn phosphors was increased by adding (NaPO3)6 and AOT, however, the PL intensity was found to deteriorate for the samples with addition of SDS.

  The ZnS:Mn phosphor prepared by seeding flux fusion method, through seeding 1wt % nano powders with 1mol % NaCl flux agent sintered at 900℃ in a reductive atmosphere shows colorful orange light and higher intensity of luminescence emission.
中文摘要…………………………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………………………II
目錄………………………………………………………………………………IV
圖目錄……………………………………………………………………………VII
表目錄……………………………………………………………………………XI

第一章 緒論……………………………………………………………………1
  1-1 前言………………………………………………………………………1
  1-2 研究目的…………………………………………………………………2

第二章 理論基礎與文獻回顧…………………………………………………5
  2-1 螢光材料簡介……………………………………………………………5
  2-2 發光機制簡介……………………………………………………………5
  2-3 螢光體發光原理…………………………………………………………6
    2-3.1 螢光體能量的激發與吸收………………………………………6
    2-3.2 螢光放射和非輻射轉移…………………………………………7
  2-4 發光中心之種類與原理…………………………………………………8
  2-5 螢光體材料的設計………………………………………………………10
  2-6 螢光體發光時特性的測量………………………………………………11
    2-6.1 亮度量測…………………………………………………………11
    2-6.2 放射光譜的量測…………………………………………………12
    2.6.3 量子效率的量測…………………………………………………12
    2-6.4 衰減期的量測……………………………………………………12
    2-6.5 色度座標…………………………………………………………13
  2-7 硫化鋅型螢光體之簡介…………………………………………………15
    2-7.1 發展歷史…………………………………………………………15
    2-7.2 硫化鋅性質與應用………………………………………………16
    2-7.3 硫化鋅晶體結構介紹……………………………………………16
    2-7.4 ZnS:Mn螢光光譜介紹……………………………………………17
  2-8 奈米螢光體簡介…………………………………………………………17
  2-9 奈米粉末表面改質………………………………………………………17
  2-10 螢光體製程技術及原理…………………………………………………18
    2-10.1 固態反應法………………………………………………………18
    2-10.2 膠體共沈法………………………………………………………19
    2-10.3 水熱處理法………………………………………………………19
    2-10.4 種晶助熔法………………………………………………………19

第三章 實驗方法及步驟………………………………………………………33
  3-1 實驗藥品…………………………………………………………………33
  3-2 實驗步驟…………………………………………………………………34
    3-2.1 膠體共沈法………………………………………………………34
    3-2.2 奈米硫化鋅螢光粉表面改質製程………………………………34
    3-2.3 水熱處理法………………………………………………………35
    3-2.4 種晶助熔法………………………………………………………35
  3-3 儀器設備…………………………………………………………………35

第四章 結果與討論……………………………………………………………44
  4-1 奈米硫化鋅系摻錳螢光粉合成之研究………………………………44
    4-1.1 膠體共沈法………………………………………………………44
      4-1.1.1 ZnS主體之合成……………………………………………44
      4-1.1.2 ZnS:Mn 螢光粉之合成……………………………………44
    4-1.2 水熱法處理………………………………………………………44
    4-1.3 奈米螢光粉之組成分析…………………………………………45
  4-2 奈米硫化鋅系螢光粉發光特性之研……………………………………45
    4-2.1 活化劑添加量對ZnS:Mn之PL光譜及CIE色度座標之影響……45
    4-2.2 水熱處理法製備之螢光粉發光特性……………………………46
  4-3 奈米螢光粉表面改質之研究……………………………………………57
    4-3.1 XRD與FTIR分析…………………………………………………57
    4-3.2 表面改質對ZnS:Mn之發光特性影響……………………………58
      4-3.2.1 添加分散劑之影響………………………………………58
      4-3.2.2 添加界面活性劑之影響…………………………………58
  4-4 種晶助熔法製備ZnS:Mn螢光粉之研究…………………………………67
    4-4.1 XRD結構分析……………………………………………………67
    4-4.2 發光特性…………………………………………………………69
    4-4.3 綜合討論…………………………………………………………70
  4-5 螢光粉微結構及粒徑分佈之研究………………………………………86
    4-5.1 奈米螢光粉………………………………………………………86
    4-5.2 種晶助熔法………………………………………………………87
    4-5.3 粒徑大小對發光特性之影響……………………………………87

第五章 結論……………………………………………………………………98

參考文獻………………………………………………………………………100
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