臺灣博碩士論文加值系統

本研究旨在探討鹼土矽酸鹽系螢光粉體的製備與餘輝特性。利用傳統高溫固態反應法製備共摻雜不同稀土元素之BaSi2O5: Eu2+, Dy3+螢光粉體。在製備BaSi2O5母體時，討論添加不同種類的助熔劑、助熔劑添加濃度的差異及不同合成溫度對BaSi2O5母體合成的影響。摻雜激活劑時，利用Eu(NO3)3?6H2O進行水溶液的摻雜方式，以及Dy2O3的摻雜，分別觀察共摻雜Eu2+及Dy3+的先後順序、在還原氣氛下的燒成溫度、摻雜Eu2+及Dy3+濃度比例等實驗參數對其餘輝性質的影響。
實驗結果顯示，助熔劑添加2 wt.% LiF並在大氣中燒成溫度為1250°C，可合成出BaSi2O5母體較純的相，並且具有良好的發光強度。放射光譜量測結果顯示，BaSi2O5: Eu3+, Dy3+螢光粉體，Eu3+為主要的發光中心，其放射峰來自5D0→7FJ（J= 0, 1, 2, 3, 4）的躍遷，呈現橘紅光放射；BaSi2O5: Eu2+, Dy3+螢光粉體，Eu2+為主要的發光中心，其放射峰來自5D0→7FJ（J= 0, 1, 2, 3, 4）的躍遷，呈現藍綠光放射。
BaSi2O5: Eu2+, Dy3+螢光粉體具有餘輝現象，其持續發光時間可達3600秒，甚至比市面上其他餘輝材料有更長的發光時間，具有好的商業應用潛力。

This study is focused on the synthesis and afterglow characteristics of alkaline silicate phosphors. Conventional high-temperature solid state reaction method is adopted to synthesize co-doping earth element BaSi2O5: Eu2+, Dy3+ phosphors. To synthesize BaSi2O5 host, we discuss the effect of different flux, flux concentrations, and firing temperature. In activator doping process Eu(NO3)3?6H2O solution and Dy2O3 for doping, Eu2+, Dy3+ doping sequential, doping atmosphere and firing temperature, doping Eu2+ and Dy3+ concentration ratios on the afterglow properties is observed.
Experimental results show that adding 2 wt.% LiF flux in the atmosphere and the firing temperature is 1250°C, can be prepared with relatively pure precursor BaSi2O5, and has a good luminous intensity. Emission spectrum measurement results show, BaSi2O5: Eu3+, Dy3+ phosphors, Eu3+ as the main emission center, radiation peaks from 5D0→7FJ（J= 0, 1, 2, 3, 4） transition, showing orange light radiation; BaSi2O5: Eu2+, Dy3+ phosphors, Eu2+ as the main luminescence centers, and its emission peak from the
5D0→7FJ（J= 0, 1, 2, 3, 4）transition, blue-green emission.
BaSi2O5: Eu2+, Dy3+ phosphors with afterglow characteristics, and a presistent time about 3600 s, it has potential application in market.

摘　要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
圖目錄 x
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 螢光材料的應用與發展 1
1.3 研究動機與目的 4
第二章 理論 5
2.1 發光的定義 5
2.2 螢光材料發光的主要方式 5
2.2.1 光致發光（Photoluminescence） 5
2.2.2 電致發光（Electroluminescence） 6
2.2.3 陰極射線發光（Cathodoluminescence） 6
2.2.4 X射線發光 6
2.2.5 陰極射線發光（Cathodoluminescence） 6
2.2.6 化學發光（Chemiluminescence） 6
2.2.7 生物發光（Bioluminescence） 6
2.2.8 燃燒發光 7
2.2.9 摩擦發光（Triboluminescence） 7
2.3 固態螢光材料 7
2.3.1 本質型發光 8
2.3.1.1 帶間發光（Band-to-band luminescence） 8
2.3.1.2 激子發光（Exciton luminescence） 8
2.3.1.3 連結發光（Cross luminescence） 9
2.3.2 外質型發光 9
2.3.2.1 非侷限型（Non-localize type）螢光體 9
2.3.2.2 侷限與非侷限混合型螢光體 10
2.3.3.3 侷限型（Localized type）螢光體 11
2.4 發光原理 12
2.4.1 螢光與磷光 13
2.4.2 發光機制 14
2.5 發光中心種類介紹 15
2.5.1 ns2離子 15
2.5.2 過渡金屬離子 16
2.5.3 稀土類離子 16
2.5.4 錯離子型 16
2.5.5 IA-VIIA化合物 17
2.5.6 IIA-VIA化合物 17
2.5.7 IIB-VIA化合物 17
2.5.8 IIB-VIA化合物 18
2.6 稀土元素離子發光 18
2.6.1 稀土元素發光機制 19
2.6.1.1 f – f 躍遷 20
2.6.1.2 f - d 躍遷 22
2.7 固態螢光材料組成 23
2.7.1 主體晶格（Host lattice，H） 23
2.7.2 激活劑（Activator，A） 24
2.7.3 增感劑（Sensitizer，S） 24
2.7.4 共活化劑（Co-activator） 25
2.8 影響發光性質因素 25
2.8.1 組態座標模型（Configuration coordinate model） 26
2.8.2 史托克位移（Stokes shift） 27
2.8.3 電子雲擴張效應（Nephelauxetic effect） 29
2.8.4 晶格場理論（Crystal field theory） 29
2.8.5 能量傳遞（Energy transfer） 31
2.8.5.1 光電導機制（Photoconductive mechanism） 32
2.8.5.2 共振能量傳遞 32
2.8.6 溫度消光 33
2.8.7 濃度消光 33
2.9 螢光材料合成方法 33
2.9.1 固態反應法（Solid-State Method） 33
2.9.2 溶膠-凝膠法（Sol-Gel Method） 34
2.9.3 共沉法（Coprecipitation Method） 35
2.9.4 水熱法（Hydrothermal Method） 35
2.9.5 燃燒法（Combustion Method） 36
2.9.6 噴霧熱分解法（Spray-Pyrolysis Method） 36
2.10 色彩介紹 36
2.10.1 黑體 37
2.10.2 CIE色度座標 37
2.10.3 色溫 39
2.10.4 演色性 40
第三章 實驗方法與步驟 41
3.1 實驗藥品 41
3.2 實驗步驟 42
3.2.1 母體合成 42
3.2.2 摻雜活化劑 44
3.3 實驗儀器與設備 45
3.3.1 桌上型X光繞射儀（D2 phaser system, XRD） 45
3.3.2 掃描式電子顯微鏡（Scanning electron microscope, SEM） 45
3.3.3 螢光光譜儀（Fluorescence spectrophotometer） 45
3.3.4 高溫箱型爐（High temperature box furnace） 46
3.3.5 高溫真空爐（High temperature vacuum furnace） 46
3.3.6 色度計（Chromameter） 46
3.3.7 烘箱 46
第四章 結果與討論 47
4.1 BaSi2O5母體合成 47
4.1.1 BaSi2O5合成參數X-ray繞射圖分析 48
4.1.1.1 添加LiF之BaSi2O5母體合成 48
4.1.1.2 添加LiCl之BaSi2O5母體合成 51
4.1.1.3 BaSi2O5母體合成之助熔劑比較 53
4.2 BaSi2O5: Eu3+, Dy3+螢光粉發光特性討論 56
4.2.1 BaSi2O5: Eu3+螢光粉光製發光光譜分析 56
4.2.2 改變母體助熔劑的影響 58
4.2.3 改變螢光粉摻雜順序的影響 60
4.2.4 改變螢光粉摻雜濃度的影響 62
4.2.5 SEM螢光粉表面形貌與粒徑觀察 64
4.2.6 色度座標分析 70
4.3 BaSi2O5: Eu2+螢光粉發光特性討論 71
4.3.1 BaSi2O5: Eu2+螢光粉光製發光光譜分析 71
4.3.2 改變螢光粉摻雜濃度的影響 72
4.3.3 SEM螢光粉表面形貌與粒徑觀察 75
4.3.4 餘輝時間量測 82
4.3.5 色度座標分析 83
4.4 BaSi2O5: Eu2+, Dy3+螢光粉體發光特性討論 84
4.4.1 BaSi2O5: Eu2+, Dy3+螢光粉光製發光光譜分析 84
4.4.2 改變螢光粉燒成氣氛的影響 85
4.4.3 改變螢光粉摻雜濃度的影響 89
4.4.4 SEM螢光粉表面形貌與粒徑觀察 93
4.3.5 餘輝時間量測 103
4.4.6 色度座標分析 104
第五章 結論 105
參考文獻 106

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