组合材料库的液相并行合成及红色真空紫外荧光材料敏化剂的组合筛选

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1、中国科学技术大学博士学位论文组合材料库的液相并行合成及红色真空紫外荧光材料敏化剂的组合筛选姓名：陈雷申请学位级别：博士专业：核技术及应用指导教师：高琛;鲍骏20070501中国科学技术大学博士学位论文摘要等离子平板显示(PDP)和无汞荧光灯的发展迫切需要开发新型高效真空紫外(VUv)荧光材料。组合法是一种有效的筛选、发现、优化新材料的新方法。从策略上把组合法应用于ⅥⅣ荧光材料研究，将大大加快ⅥⅣ荧光材料研究进程。与物理掩模或光刻技术福结合的薄膜沉积和液相法是组合材料合成最常用的方法。对于荧光材料库，

2、薄膜沉积合成的高密度分立样品的发射光谱难以表征，因而，最好是采用液相法。对于组合材料液相并行合成，液滴喷射装置较其它微量液滴分配工具(例如，精确微量注射器)具有纳升量级分配能力、效率高、非接触等优点。但是液滴喷射技术应用于组合材料合成的一个重要限制是，只有可溶物可用作前驱体喷射合成材料库，而自然界有很多物质是难溶的。为适应组合材料液滴喷射合成要求，我们发展了一套悬浮液制备方法，并进一步证实了喷射难溶物悬浮液合成组合材料库的可行性。快速并行合成和高通量表征是制约组合法效率发挥的关键因素。为满足vUv发

3、光高通量表征的需求，我们自行研制了一台组合ⅥJv荧光表征系统。对于开发新型高效vUv发光材料研究，一方面从筛选能够有效向发光中心传递能量的基质入手，另一方从筛选发光中心的敏化剂着手。最后对所优化的新材料的ⅥⅣ发光能量传递机理进行研究。本论文的研究工作按照这样的逻辑组织进行。第一章是背景知识介绍和相关工作最新研究进展的文献综述。首先介绍了组合材料学的基本概念、原理和发展历史，综述了组合材料研究在组合材料库的设计、合成、表征和数据挖掘所取得的进展，特别是组合材料的快速并行合成和高通量表征技术。其次，综述

4、了液滴喷射技术原理和液滴喷射技术在无模具成型、微器件制造以及材料科学中的应用，并对我们课题组自行研制的组合液滴喷射合成仪做了介绍，包括结构、原理和系统性能．最后介绍了PDP显示技术原理和PDP三基色荧光粉存在的问题，综述了红色ⅥⅣ荧光材料研究的最新进展以及组合法筛选vUv荧光材料研究的进展。特别是硼酸盐和磷酸盐体系红色vuv荧光材料研究以及对硼酸盐物质结构及其ⅥⅣ发光能量传递机理的认识。第二章是我们在组合材料的液相并行合成方面所作的工作。首先探索了一种适于液滴喷射技术所要求的悬浮液制各方法，即利用高

5、能球磨中的机械力化学表面改性，在纯水中对难溶氧化物进行高能球磨，成功制备了超细／纳米悬浮液，中国科学技术大学博士学位论文同时研究了球磨时间、转速、分散剂、初始条件等制备工艺对悬浮液稳定性以及颗粒尺寸、形貌和结构的影响。然后以此悬浮液为前驱体，使用自行研制的组合液滴喷射合成仪喷射合成了一个荧光材料库，通过对荧光材料库内样品的结构和发光性能与常规方法合成的样品进行对比，证实了采用液滴喷射技术通过喷射难溶物悬浮液合成材料库的可行性，拓展了液滴喷射技术在组合材料并行合成方面的应用。第三章是组合vlJv荧光表

6、征系统的研制。主要内容是vUV激发光源的选择、真空室的设计、以及系统可行性的评估和系统性能的验证。通过合理假设参数进行估算，最终设计、制造出满足实验需要的组合ⅥⅣ荧光表征装置。该系统采用照相法。使用该装置能够对组合材料库样品在147rim激发下的发光性能进行一次性并行表征，不足之处是存在系统误差。为修正系统误差，自编了一个软件进行辅助处理。第四章是红色ⅥⅣ荧光材料敏化剂的组合法筛选。材料库的合成与表征分别采用上述液滴喷射技术和自行研制的组合ⅥJV荧光表征装置进行。首先采用组合法对Eu3+掺杂Y203

7、一B203-P205一Si02体系的ⅥⅣ发光进行筛选，材料库的合成温度分别是1150℃、1250℃、1350℃和1450℃，研究表明，四面体材料库中最能有效敏化Eu3+发光的基质是1150"C合成的YB03。其次采用组合法对Pr3+厂rb3+，sm3饴i3+掺杂．(Y,Od)BOs：Eu3+材料体系的、哪V发光进行筛选，研究表明，ⅥⅣ激发下Bi3+能够有效敏化E矿发光；掺杂痕量一+厂rb3+对提高发光效率有益；Sm3+对Eu3+发光只起淬灭作用；随着掺杂浓度增大prim03+对Eu3+发光的淬灭比S

8、m3+tfl]Bi3+更剧烈；痕量Pr3‘协弘对Eu针发光效率的提高不是典型的稀土离子之间的敏化行为。最后采用组合法对(Y1。Gdz)1。vBiyEu。B03体系的vUv发光进行优化，最终优化出一种新型红色ⅥⅣ荧光材料新配方，即(Yt．zGdz)1．x呷BiyEuxB03(0．02Sx50．05；YSl×10。：0．15z茎0．2)·第五章是vuV黻F(Y,Gd)B03：BP+,Eu3+能量传递机理研究。研究表明，在YB03：Bi3+,Eu3+体系中Bi3+向Eu3．