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研究生:李智文
論文名稱:長餘輝矽酸鹽螢光材料溶膠-凝膠合成與發光特性之研究
論文名稱(外文):A study on the Sol-Gel synthesis and luminescent properties for ling phosphorescent silicate phosphors
指導教授:陳登銘陳登銘引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:應用化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:長餘輝螢光溶膠凝膠矽酸鹽
相關次數:
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本論文成功地分別以固態法和溶膠-凝膠法合成Mg2SiO4與M2MgSi2O7(M = Ca、Sr)兩系列螢光體,繼而探討不同製程對Mg2SiO4微結構與發光特性的影響,藉由Eu3+摻雜以探討Mg2SiO4:Eu3+發光特性,結果發現溶膠-凝膠法所合成樣品發光強度優於固態法所合成者;此外經還原製程所得之Mg2SiO4:Eu2+顯示晶場強度對Eu2+離子4f65d1→4f7躍遷產生顯著影響,其中以溶膠-凝膠法合成的Mg2SiO4:Eu2+具有較強的晶場強度,而造成Eu2+的激發與放射波長相對於固態法呈現紅位移的現象。
此外,分別利用溶膠-凝膠法和固態法合成M2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+ (M = Ca、Sr)螢光體之餘輝現象亦是本研究之重點。藉由B2O3添加量與Eu2+:Dy3+比例系統化的調變,與Dy3+取代的格位改變,本論文對不同組成樣品餘輝衰減期作一系列的探討與比較。結果顯示,在高溫下B2O3助熔劑會有類似玻璃態的包裹行為,因此不但可以有效的降低燒成溫度,也可以增強其放射峰的強度,而過量的B2O3在晶體中可能會扮演消光劑的角色,進而降低陷阱的穩定性,造成餘輝時間變短。另外,適當的Eu2+:Dy3+比例調配,以及Dy3+正確取代Ca2+或Sr2+格位,將有利於餘輝的強度與衰減期之改善。
另一方面,以溶膠-凝膠法所合成的長餘輝螢光體,因其樣品中含有部分雜質,造成激發與放射強度均比固態法所合成的樣品弱,而其可能具有較多缺陷的特性,故其發光和餘輝衰減等特性和固態法所合成者呈現不同的性質。
中文摘要……………………………………………………………Ⅰ
英文摘要……………………………………………………………Ⅱ
總目錄………………………………………………………………Ⅳ
表目錄………………………………………………………………Ⅷ
圖目錄………………………………………………………………Ⅸ
第一章 緒論……………………………………………………………1
第二章發光材料與發光原理簡介…………………………………….3
2-1 發光原理………………………………………………….…. 3
2-2螢光材料的組成及設計...……………………………………. 6
2-2-1主體晶格………………………………………………..7
2-2-2活化劑之擇…………………………………………......7
2-2-3抑制劑…………………………………………………... 8
2-3 螢光材料的製備方法簡介..…………………………………8
2-3-1固態反應法……………………………………………...9
2-3-2共同沈澱法……………………………………………...9
2-3-3溶膠-凝膠法……..……………………………………...10
2-3-4微乳液法………………………………………………...12
2-3-5水熱合成法.…………………………………………….. 13
2-4 螢光體發光特性的量測..……………………………………14
2-4-1輝度量測………………………………………………...14
2-4-2激發或放射光譜的量測………………………………...14
2-4-3量子效率的量測………………………………………...15
2-4-4螢光衰減期的量測……………………………………...17
2-4-5色度座標的計算………………………………………... 17
2-5 Mg2SiO4主體結構簡介……………………………………...18
2-6 M2MgSi2O7 (M=Ca、Sr) 主體結構簡介……………………19
第三章 文獻回顧及研究動機…………………………………………20
3-1文獻回顧……………………………………………………...20
3-2研究動機……………………………………………..……….21
3-3文獻回顧……………………………………………………...21
3-4長餘輝原理與機制相關文獻回顧…………………………...22
3-5 M2MgSi2O7 (M=Ca、Sr)系列螢光體長餘輝機制推導……..23
3-6研究動機……………………………………………..……….24
第四章 研究方法…..………………………………………………….25
4-1實驗藥品……………………………………………………...25
4-2實驗設備……………………………………………………...27
4-3樣品合成流程………………………………………………...29
第五章 結果與討論…..…..……………………………………………33
5-1 Mg2SiO4固態法之合成與X光繞射圖譜分析……………… 33
5-2 Mg2SiO4:Eu螢光體光致發光光譜之研究…………………33
5-2-1 Mg2SiO4:Eu3+光致發光光譜的研究…………………33
5-2-2 Mg2SiO4:Eu2+光致發光光譜的研究………………… 34
5-3 Mg2SiO4溶膠-凝膠法之合成與X光繞射圖譜分析….…....35
5-3-1 Mg2SiO4溶膠-凝膠法之熱重分析……………………...36
5-4溶膠-凝膠法所合成之Mg2SiO4螢光體光致發光光譜之研究...36
5-4-1溶膠-凝膠法所合成之Mg2SiO4:Eu3+光致發光光譜的研究..36
5-4-2溶膠-凝膠法合成之Mg2SiO4:Eu2+光致發光光譜的研究.....37
5-5 Mg2SiO4表面微結構之分析…………………………………38
5-6 Mg2SiO4:Eu螢光體之色度座標分析………………………38
5-7 M2MgSi2O7 (M = Ca、Sr) 固態法合成與X光繞射圖譜分析..39
5-8 M2MgSi2O7 (M = Ca、Sr)螢光體光致發光光譜之研究……39
5-8-1 B2O3添加量的影響……………………………………..39
5-8-1-1 Ca2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+光致發光光譜的研究…..39
5-8-1-2 Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+光致發光光譜的研究…40
5-8-1-3 M2MgSi2O7 (M=Ca、Sr)螢光體餘輝光譜與衰減曲線的研究..40
5-8-2 Eu2+和Dy3+離子比例的影響…………………………...41
5-8-2-1 Ca2-x-yMgSi2O7:xEu2+,yDy3+餘輝衰減曲線的研究...41
5-8-3 Dy3+的摻雜與否和取代位置的影響………................41
5-8-3-1 Ca2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+光致發光光譜與餘輝衰減曲線研究……………………………...............................41
5-9 Ca2MgSi2O7溶膠-凝膠法之合成與X光繞射圖譜分析........42
5-9-1溶膠-凝膠法合成Ca2MgSi2O7之熱重分析……………42
5-10溶膠-凝膠法合成Ca2MgSi2O7螢光體光致發光光譜..........43
5-10-1溶膠-凝膠法合成之Ca1.912Eu0.008Dy0.08MgSi2O7光致
發光光譜………………………………………………………43
5-11 Ca2MgSi2O7表面微結構之分析……………………………43
5-12 M2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+ (M=Ca、Sr)螢光體之色度座標分
析……………………………………….........................44
第六章結論……………………………………………………………..45
參考文獻………………………………………………………………..47
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