真空合成稀土硫氧化物發光材料機理研究

《真空合成稀土硫氧化物發光材料機理研究》是依託昆明理工大學，由王飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：真空合成稀土硫氧化物發光材料機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王飛
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

稀土硫氧化物在照明、顯示、光學存儲等領域具有廣泛套用而成為研究熱點。本項目提出真空低溫固相反應製備該材料的技術思路，以解決傳統的高溫固相反應合成溫度高、產物顆粒尺寸大等問題，重點研究原料混合物在真空下固相反應歷程，闡明該反應過程的真空合成機理；研究真空度等影響因素對材料的晶體結構、晶體生長及其發光性能的影響，確定適宜的真空焙燒制度及晶粒細化機理；研究真空下雜質原子對晶體生長的作用機制及雜相形成機理，探討雜質微擾及晶格畸變對發光性能的調控機制，得到粒徑尺寸與晶體內部微觀結構對發光性能的調控及增強效應的影響規律；對不同稀土離子激活的硫氧化釓的幾何結構、電子結構及光譜性質進行第一性原理計算，在原子水平上考察雜質原子在基質中的能量傳遞機制，從理論上證實真空對晶體生長過程的作用機理以及由此導致的發光機理變化。研究結果將充實稀土發光材料的製備及理論基礎，對發光材料的結構和性能最佳化與具有重要的理論意義。

結題摘要

該項目為解決傳統的高溫固相反應製備稀土硫氧化物發光材料過程中存在的合成溫度高、產物顆粒尺寸大等問題，重點研究原料混合物在真空下固相反應歷程，對材料的晶體結構及發光性能進行系統研究，獲得微觀結構調控以及性能最佳化的基礎數據，具體如下： （1）確定了稀土硫氧化物發光材料的真空合成機理。熱分析和熱力學計算結果表明，固相法合成稀土硫氧化物發光材料分兩個階段進行，第一階段為單質S與Na2CO3反應，第二階段反應為Na2SX與Gd2O3反應。 通過對可能的反應進行熱力學計算發現Gd2O3與Na2SX (X = 2-4)可以反應，但是和Na2S不能發生反應；動力學研究結果表明，常壓條件下，第二階段和第三階段反應的活化能值分別為72.84 kJ/mol和232.47 kJ/mol。真空條件下，第二階段和第三階段反應的活化能值分別為64.30 kJ/mol和210.70 kJ/mol。發現真空條件下反應的活化能值小於常壓條件下反應的活化能值，說明真空條件有利於稀土硫氧化物的生成，且第三階段反應的機理控制步驟不同。 （2）採用低溫真空條件下的固相反應製備出稀土硫氧化物發光材料，XRD、SEM、TEM及發光光譜研究表明，具有亞微米級到納米級顆粒尺寸，切表現出優異的上下轉換及顏色可調性質。 （3）在實驗研究的基礎上，計算不同類型雜質原子及晶格缺陷對材料結構穩定性、電子結構和光譜性質的影響，通過計算能級圖、態密度、差分電荷密度、原子布居、吸收光譜等，從理論上分析晶體內部的微觀結構變化而導致的不同的發光機理，證實真空合成過程中Li+、Bi3+及其他稀土金屬離子在Gd2O2S微結構的占位情況及Gd2O2S:Re的晶體生長機制。 （4）發表論文9篇，其中SCI檢索6篇，獲專利授權3項，申請專利3項，參加學術會議3次，團隊成員中晉升教授1人，晉升高級工程師1人，博士後出站1人，指導在讀碩士研究生3人。