论文部分内容阅读
白光发光二极管(light emitting diode,LED)是未来节能发光器件的主流方向,因为它具有高亮度,低能耗,使用寿命长且对环境十分友好等特点。稀土离子掺杂的AlN基荧光材料,完美地将AlN基质的性质与稀土离子的发光特性结合起来,在白光LEDs上有潜在的应用。但是AlN纳米材料的合成条件较为苛刻,限制了AlN基荧光纳米材料的发展。因此,探索一种简单的化学方法降低AlN纳米材料的合成温度是十分重要的。本论文研究主体是稀土离子掺杂的AlN荧光纳米材料,主要内容如下:1.探索了一条采用绿色的有机氮源(尿素及其衍生物)而非氨气,通过化学方法制备AlN纳米材料的途径。通过该途径,我们能够在较低温度(850℃)下制备结晶性良好的AlN纳米材料。首先,通过调节氮源和铝源的比例和焙烧温度,确定了AlN纳米材料的合成条件。通过X射线粉末衍射,透射电镜,X射线能谱,热重-差示扫描量热分析,红外和荧光光谱等表征手段,提出了AlN纳米材料的成核机理。结果表明,所制备的AlN纳米材料呈不规则形貌,表现出蓝色(发光中心为450 nm)荧光性质,并且揭示了AlN的光致发光性质来源于其晶格中的氧缺陷。2.以Tb3+为激活剂,通过固相法,制备了具有绿色荧光的AlN:Tb纳米材料。探究了Tb3+离子的掺入对AlN纳米材料的结构,形貌和荧光性质的影响。利用荧光光谱,确定了Tb3+在AlN基质中的最佳掺杂浓度,并提出了发光机理。此外,还探索了AlN:Tb作为光催化水分解反应催化剂的活性,结果发现以AlN:Tb为催化剂,在紫外-可见光范围内产氢速率可达68μmol g-1 h-1。3.以Dy3+为激活剂,制备了AlN:Dy纳米材料,并研究了Dy3+的掺杂浓度和焙烧温度对AlN纳米材料的结构,形貌和荧光性质的影响。结果显示,Dy3+离子的浓度和焙烧温度并不改变AlN基质的结构和形貌,但是对其荧光性质产生影响。AlN:Dy的发射光谱包括AlN基质的发射峰(450 nm)和Dy3+的特征发射峰。利用AlN基质出色的热稳定性和化学稳定性,对所制备的AlN:Dy荧光纳米材料进行空气氛围热处理。结果发现,空气氛围热处理,不会破坏AlN的晶体结构,而且能够有效地增强AlN:Dy样品的荧光强度,使其发射的光更加接近白光。4.为了研究稀土离子共掺对AlN纳米材料的影响,设计了AlN:Ce,Tb和AlN:Ce,Dy纳米材料。研究表明,Ce3+离子的共掺,不仅能够显著地提高Tb3+和Dy3+的荧光强度,而且AlN:Ce,Tb和AlN:Ce,Dy的最强激发峰波长相比于AlN:Tb和AlN:Dy发生红移,使其更加适合应用于白光LEDs。并提出在AlN:Ce,Tb和AlN:Ce,Dy纳米材料中,Ce3+离子与Tb3+和Dy3+离子间存在能量传递。5.最后是应用的探索,将制备的AlN:Ce,Tb荧光粉作为荧光标记,测试了其在显现隐藏指纹方面的效果。结果表明,AlN:Ce,Tb荧光粉用于显现指纹具有高的对比度,良好的实用性和较低的背景干扰等特点。