实验六 半导体发光器件的电致发光测量（精选3篇）
实验六 半导体发光器件的电致发光测量 篇1
实验六 半导体发光器件的电致发光测量 081190088 杨静
一． 实验内容与目的
（1）了解半导体发光材料电致发光的基本概念。
（2）了解并掌握半导体显微探针测试台、光纤光谱仪的使用。（3）掌握半导体发光材料电致发光特性的测量方法。
二． 实验原理概述 1．辐射跃迁
半导体材料受到某种激发时，电子产生由低能级向高能级的跃迁，形成非平衡载流子。这种处于激发态的电子在半导体中运动一段时间后，又回到较低的能量状态，并发生电子—空穴对的复合。复合过程中，电子以不同的形式释放出多余的能量。如跃迁过程伴随着放出光子，这种跃迁成为辐射跃迁。作为半导体发光材料，必须是辐射跃迁占优势。
导带的电子跃迁到价带，与价带空穴相复合，伴随的光子发射，称为本征跃迁。显然这种带与带之间的电子跃迁所引起的发光过程，是本征吸收的逆过程。对于直接带隙半导体，导带与价带极值都在k空间原点，本征跃迁为直接跃迁。由于直接跃迁的发光过程只涉及一个电子—空穴对和一个光子，其辐射效率较高。间接带隙半导体中，导带与价带极值对应于不同的波矢k，这时发生的带与带之间的跃迁是间接跃迁。在间接跃迁过程中，除了发射光子外，还有声子参与。因此，这种跃迁比直接跃迁的几率小的多，发光比较微弱。
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如果将杂质掺入半导体，则会在带隙中产生施主及受主的能级，因此又可能产生不同的复合而发光。电子从导带跃迁到杂质能级，或杂质能级上的电子跃迁入价带，或电子在杂质能级间的跃迁都可以引起发光，这类跃迁称为非本征跃迁。间接带隙半导体本征跃迁几率较小，非本征跃迁起主要作用。施主与受主之间的跃迁效率较高，多数发光二极管属于这种跃迁机理。在施主—受主对的复合中，过剩电子、空穴先分别被电离的施主和受主看成点电荷，把晶体看作连续介质，施主与受主之间的库伦作用力使受基态能量增大，其增量与施主—受主杂质间距离r成正比，所发射的光子能量为：
ην＝E－(E+E)＋
gq2DA4πεε0r
式中ED和EA分别为施主和受主的电离能，ε是晶体的低频介电常数。对简单的替位施主和受主杂质，r只能取一系列的不连续值，因此，施主—受主复合发光是一系列分离谱线，随着r的增大，成为一发射带。
2.电致发光
根据不同的激发过程，可以有各种发光过程，如：光致发光、阴极发光、电致发光等。
半导体的电致发光（EL），也称场致发光，是由电流（电场）激发载流子，将电能直接转变成光能的过程。EL包括低场注入型发光和高场电致发光。前者是发光二极管（LED）和半导体激光器的基础。本实验只涉及这类EL谱的测量。
发光二极管是通过电光转换实现发光的光电子器件，是主要的半[键入文字]
导体发光器件之一，具有广泛的应用，如各类显示、数据通讯等。特别是通过白色发光二极管实现固体照明，不仅可以节省能源、减少污染，而且体积小、寿命长，因此固态照明已被全世界重视。
所有商用LED都具有P-N结结构，因此以P-N结的发光为例来说明注入发光机制。P型半导体是掺杂了受主杂质，而N型则是掺杂了施主杂质，将两种材料放在一起，即得到P-N结。N型半导体中产生电子，P型半导体中产生空穴，在其中间产生耗尽层。P-N结处于平衡时，存在一定的势垒区，场也相应地减弱。这样继续发生载流子的扩散，即电子由N区注入P区，同时空穴由P区注入到N区。进入P区的电子和进入N区的空穴都是非平衡少数载流子。这些非平衡少数载流子不断与多数载流子复合而发光。
如果采用异质结，发光效率可以得到显著的提高。由宽带隙半导体材料隔开的中间发光区，两种类型的过剩载流子从两侧注入并被限制在同一区域，过剩载流子数目显著提高。随着载流子浓度的提高，辐射寿命缩短，导致更为有效的辐射复合。如果中间有源区域减小到10nm或更小就形成量子阱，由于其厚度与德布罗意波长相近，量子力学效应出现，载流子状态密度变得更高，从而可以获得更高的发光效率。这是目前商用LED的实际结构。
电致发光谱的测量系统的基本结构与光致发光测量装置类似，主要区别是用高温定度直流电源代替了光致发光谱测量中所用的激发光源。针对半导体发光器件的电致发光的测量中，电源与发光器件的连接通常在探针测试台上进行，由金属微探针压在发光器件上预制的[键入文字]
电击表面形成欧姆接触，使直流电源输出的电压和电流无损耗地加到被测器件上。
本实验的光谱测量采用微型光纤光谱仪。这类光谱仪具有体积小、即插即用、检测速度快、配置灵活、操作方便等特点。USB接口的微型光纤光谱仪内置了先进的探测器和强大的高速电路系统，与扫描式单色仪相比，由于采用了线性探测器阵列，不需要转动光栅来工作，光栅永久固定，保证了性能的长期稳定，并能够实现高速检测，配合电子快门，全谱测量的最短积分时间可达到数毫秒。
三．实验方法与步骤 实验仪器与材料
手动式半导体显微探针测试台：1台 探针座：2只 探针：2根
石英光纤（SMA905接头）：1根 卤钨灯光源（SMA905接头）：1台 高精度直流电源：1台 微型光纤光谱仪：1台 微型计算机：1台
InGaN或AlGaAs LED芯片：若干
实验方法与操作步骤
（一）测试系统的连接与调整
1.用石英光纤连接探针测试台上光收集单元与卤钨灯光源，开启[键入文字]
卤钨灯光源，根据被测样品在载物台上的实际位置调整探针测试台上光收集单元的位置与方向，使其出射光斑（定位光斑）照射于显微镜视野可及的区域，作为实际的测试点位置。
2.以导线连接探针座电极与直流电源输出端。开启直流电源，根据需要调整限流电流（如为100mA）。
3.将被测LED芯片放置于载物台上，覆盖其上的吸附孔。开启真空泵和真空阀门开光，使芯片被稳固地吸附于载物台表面上。通过载物台平移机构将芯片移动到定位光斑位置。
4.关闭卤钨灯光源。将石英光纤连接卤钨灯光源端改接到微型光纤光谱仪的输入端口。用USB连接线连接微型光纤光谱仪与计算机。开启光谱仪电源。启动计算机。启动光谱仪控制程序。
（二）探针与电极的连接
1.调节显微镜的倍率，以能够清楚观察探针尖端及LED芯片上电极为度。
2.使用载物台上X轴/Y轴平移机构移动载物平台，将待测电极移动至显微镜视野中央。
3.待测点位置确认好后，再调节探针座位置，将探针装上后可先通过眼视将探针移到接近待测点的位置旁，再使用探针座上下左右三个旋钮，慢慢的通过显微镜观察将探针移至测试点，此时动作一定要小心，以防动作太大而碰上到芯片，将探针针尖轻触或稍微悬空到待测电极上。（滑动探针可以电极上留下划痕，视为接触）
4.调节探针座的Z轴旋钮使探针尖扎在待测电极上，确保针尖和[键入文字]
电极良好接触。则可以通过连接的测试设备开始测试。
（三）电致发光的测量
1.调节直流电压电源的输出电压V(0-4V)，记录直流电压源的输出电流（驱动电流）I，绘制LED芯片的I-V曲线。
2.通过微型光纤光谱仪测量与一组预定的驱动电流值对应的LED的电致发光谱，绘制光谱曲线。
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3.根据电致发光谱计算出发光峰的面积，绘制发光峰面积-驱动电流曲线。
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四．思考与讨论
（1）试举出几种典型的电致发光器件，并进行简要说明。
答：①交流电致发光显示。它是将电致发光粉ZnS:CuCl或（ZnCd）S:CuBr混合在环氧树脂和氰乙基醣的混合物的有机介质中，两端夹有电极，其中一个为透明电极。另一个是真空蒸镀铝或银电极，构成一个EL。
②高场薄膜电致发光（TFEL）。目前的ACTFEL多采用双绝缘层ZnS:Mn薄膜结构。器件由三层组成，发光层夹在两绝缘层间，起消除漏电流与避免击穿的作用。掺不同杂质则发不同的光，其中掺Mn的发光效率最高，加200V，5000Hz电压时，亮度高达5000cd/m2。ACTFEL具有记忆效应，通常室内光照度下，记忆可维持几分钟，在黑暗中可保持十几个小时。
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③有机发光显示器（OLED）又称有机EL，是以有机薄膜作为发光体的自发光显示器件。它是固体自发光器件，可适应恶劣工作环境；它响应时间短、发光效率高、视角宽、对比度高；它可在5V~10V的低电压下工作，功耗低，工艺简单；制造成本低、有机发光材料众多、覆盖发光光谱从红外到紫外，适合全彩色显示；价廉、易于大规模生产；OLED的生产更近似于精细化工产品，可在塑料、树脂等不同的材质上生产，产品的机械性能好，不仅可以制造出笔记本电脑、台式机适用的显示器，还有可能创造出墙壁大小的屏幕、可以弯曲折叠的屏幕。人们预言，随着规模量产的到来，OLED可以比LCD成本低20%。
（2）介绍几种发光二极管在日常生活中的应用。
答：发光二极管是一种把电能直接转换为光能的固体发光器件。它以体积小、耗电低、响应速度快、亮度调整灵活、使用寿命长、稳定性好、抗震性强等优点广泛应用于工农业和家用电器等设备上。具体应用有：①指示用电源。在不需要高亮度的场所，可采用发光二极管作指示电源。例如示波器的标尺照明、收音机的刻度照明、十字路口的信号指示灯等。②电压越限报警。利用发光二极管和稳压二极管的直流上下限报警。③发光二极管作光电开关的光辐射源。光电开关是以光辐射驱动的电子开关，当一定强度的光辐射到其中的光敏器件上时，会产生开关作用。驱动光电开关的辐射，可以是可见光，也可以是非可见光，可以用不同类型的发光二极管充任。④闪光电路。发光二极管的闪光电路组成是将两只发光二极管接在多谐振振荡器的[键入文字]
集电极电路中。这样，当多谐振振荡器工作时，T1和T2交替导通，LED1和LED2交替发出闪光信号。
（3）比较发光二极管与光电二极管的工作原理，设计一个由发光二极管和光电二极管组成的运动感知机构。
答：光电二极管，即可将光信号转换成电信号。我们在捕获系统上安装光电二极管，将捕捉到的运动信息经过一定的处理变成计算机可以识别的电信号。然后再利用发光二极管，将电信号重新读取并在显示设备上还原成光信号，比如我们可以在屏幕上重现运动的影响和运动过程，这样就实现了运动感知。
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实验六 半导体发光器件的电致发光测量 篇2
1 芘与芴的组合
芴被誉为最有可能商业化的蓝光材料之一,芘与芴的组合是目前研究比较多的方向。如化合物1、2[12]是以芘封端的两个化合物,只是共轭链长度不同。将他们以不同比例参杂在PVK中,当化合物1掺量在20%时得到最大亮度7600cd/m2,当化合物2掺量10%时得到最大亮度2600cd/m2。光谱和启亮电压没有太多变化,最大流明效率出现在化合物1掺量10%时,为2.16cd/A-1,此时的最大亮度4800cd/m2。
类似结构的进一步研究被Zujin Zhao[13]等进行,其结构图2。Py2F.,Py2F3.,Py2F5可看成一系列均是以芘封端的化合物,通过炔键延长共轭链长度,从器件结果来看增长共轭链则光谱蓝移,这与常规不符,可能是由于随着碳链的增长芘的比重也进一步增加的结果,但最大亮度出现在Py2F上,亮度为2869cd/m2。1,6-PyF6与1,6-Py3F4证明芘封端不一定是个好方法,因为1,6-Py3F4各方面器件性能都很差。1,8-PyF6和1,6-PyF6的不同主要体现在芘的连接位置上,相比而言1,8-PyF6的器件性能更好,这是否说明芘的1位和8位对材料性能的改进更有作用值得进一步研究。
芴的9位一直是芴改性的活泼位,芘在芴9位连接的结构也有报道[14],结构如P1,P2。两个材料有良好的空穴传输和注入能力,P2用于下述器件中发蓝光(ITO/TCTA/P2/BCP/Mg:Ag),在3.5V低的启亮电压下可以得到19885cd/m2亮度。该材料充分利用了芘与芴的大共轭特性。这为以后材料的设计提供了很好的思路。
相类似的结构还有图4的结构[15]2PE-PPF和DPE-PPF,这两个材料具有高的玻璃化温度,以及良好的溶解性和均匀成模性,固体薄膜发光来源于芘的激发,高的玻璃化温度是材料的刚性结构造成的,良好的溶解性和均匀成模性显然是异新氧基的作用。这两类材料可用于旋涂成膜制被的单层器件,最大亮度可达8325cd/m2,并且寿命较长,是一类有应用潜力的材料。
另一种有潜力的材料是一种星型结构[16]如图5:这三种星形材料以芘为核心,连有四个低聚芴组成的臂,臂的长度不同,这类星形材料显示了良好的成膜性和天蓝色的荧光,电致发光器件显示稳定的蓝色,器件性能随着臂长度的增长而增长。在单层设备中,T3最大亮度超过2700cd/m2,最大流明效率1.75cd/A。
2 芘与咔唑的组合
咔唑因为有较高的三线态能量和空穴传输能力而常被用作给体,例如在不同的情况下咔唑可以发红光,绿光,甚至蓝光,而芘通常被选作受体有好的电子接受能力,所以芘与咔唑的组合也是研究的热点。图6的结构1[17]通过芘的引入,器件效率被大幅提升,参杂2号化合物在PVK中得到绿光器件最大亮度1000 cd/m2,最大外量子效率1.1 lm/W,虽然结果不是最好的,但可以证明咔唑和芘的组合是可用于OLED设备的。
更进一步的研究被Zujin Zhao[18]等进行,结果显示芘的封端对主链HOMO/LUMO影响显著,且芘在主链中比芘在两端对整个分子的HOMO/LUMO影响要大,而改变主链长度对整个分子的HOMO/LUMO变化不大。
更复杂的结构[19]如图8,为芴与咔唑和芘的组合,这是一个树枝状大分子。以芘为核心,臂由咔唑和芴组成,臂与核之间由炔键相连,分子结构最大做到5代,从器件结果来看最优结果出现在3代分子(CIE:0.49,0.50),在16V最大亮度5590cd/m2,最大外量子效率0.86%,树枝状大分子被认为是最有可能实现器件单层化的材料,因此这类材料用于OLED值得关注。
3 芘与芳胺类的组合
芳胺是一类常见的电致发光材料,将芘与芳胺组合也有较好的结果报道[20],以下这几个材料虽然作者在改变不同的取代基取得了不同的效果,但我们认为更引人注目的是三苯胺结构中的苯被芘取代从而对整个分子的影响。以B3用于器件为例(ITO/B3/TPBI/Mg:Ag),在14V电压下亮度可以达到20590cd/m2。
再如图10这4个材料[21]不仅是新颖的蓝光材料,同时还可作为传输层材料使用。尤其是3和4,3不仅可作为发光层还可作为电子传输层材料,4除了可作为发光层材料使用外还可作空穴传输层材料使用,这显然是由于吡啶二胺和二苯胺基团的影响。
更新颖的结构[22]如下述的两个树枝状大分子。4a系列主要发蓝光,最大亮度4910cd/m2;5a系列主要发绿光,5b最大亮度5390cd/m2。显然5a系列的共轭体系要大于4a系列,所以光谱红移,联系上面几个芘与芳胺结构,4a系列之所以发蓝光,芘置换掉三苯胺中苯环的作用不可低估。
4 芘与其他结构的组合
4.1 芘与硅
众所周知,空穴传输能力可以通过增大共轭交联体系而得到看,增强的顺序是:苯炔<联苯炔<萘炔<9,10-蒽炔,然而报道发现将9,10-蒽炔基团换做芘炔,如图12[23],相同器件得到更好的结果,最大亮度6000cd/m2,显示了良好的能量传递效率。这说明芘炔的共轭性更强。
4.2 芘与噻吩
噻吩常被用来使光谱红移,可以看成一个红光材料,而芘通常被认为是一个蓝光材料,他们的组合理论上可调节光谱的颜色,实验结果[24]也是这样从左到右三个化合物制成单层器件依次发黄,橙,绿,最大亮度依次减小说明芘在噻吩上的取代位置影响光的颜色,并且随着噻吩链的增长亮度降低。
4.3 芘与吡啶萘
比较负电性的吡啶,芘是一个电子丰富的共轭π系统,是一个很好的电子受体。他们的组合应有利于电荷传输的平衡。有报道[25]证明了这一点,N1PP和N2PP可作为电子传输层材料器件,结果显示用这两种材料作为电子传输层比用Alq做电子传输层的器件可提高外量子效率50%,原因是电荷注入平衡,N1PP和N2PP电子迁移率分别是3.7×10-5cm2(V·s)-1和4.3×10-5cm2(V·s)-1,比Alq高三倍。
如图15所示材料[26]作为发光层得到纯蓝色光,在5V的情况下最大亮度2953cd/m2,外量子效率1.37 cd/A,数据证明该材料是一个优秀的蓝光材料。
5 展 望
实验六 半导体发光器件的电致发光测量 篇3
实 验 报 告
实验课名称：化学综合实验 指导老师：唐万军 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 实验名称：燃烧法制备SrAl2O4:Eu,Dy超长余辉发光材料 实验日期： 组别： 实验成绩：
一、目的要求
1、了解稀土掺杂铝酸盐长余辉材料的合成方法与应用领域。
2、设计实验方案，采用燃烧法合成SrAl2O4:Eu2+，Dy3+，测试其发光特性。
3、学会使用LS-55光度计和屏幕亮度计，根据X射线粉末衍射谱图，分析鉴定多晶样品的物相。
二、基本原理
长余辉发光材料也被称作蓄光材料，或者夜光材料，指的是在自然光或其它人造光源照射下能够存储外界光辐照的能量，然后在某一温度下（指室温），缓慢地以可见光的形式释放这些存储能量的光致发光材料。世纪90 年代以来，开发的以碱土铝酸盐为基质的稀土长余辉发光材料, 以其优异的长余辉发光性能，引起了人们对长余辉发光材料的广泛关注。目前稀土离子掺杂的碱土铝(硅)酸盐长余辉材料已进入实用阶段。国内较大的生产厂家有大连路明、济南伦博、重庆上游等。市场上可见的产品除了初级的荧光粉外，主要有夜光标牌、夜光油漆、夜光塑料、夜光胶带、夜光陶瓷、夜光纤维等, 主要用于暗环境下的弱光指示照明和工艺美术品等。随着长余辉材料的形态从粉末扩展至玻璃、单晶、薄膜和玻璃陶瓷，对长余辉材料应用的探讨也从弱光照明、指示等扩展到信息存储、高能射线探测等领域。长余辉材料受到人们越来越多的重视。
从基质成分的角度划分，目前长余辉发光材料主要包括硫化物型、碱土铝酸盐型、硅酸盐型及其它基质型长余辉发光材料。不同长余辉发光材料的发光性能见表1。
表1 不同长余辉发光材料的发光性能
发光材料 BaAl2O4:Eu,Dy CaAl2O4:Eu,Nd Sr4Al14O25:Eu,Dy SrAl2O4:Eu,Dy Sr2MgSi2O7:Eu,Dy
发光颜色 蓝绿色 蓝紫色 蓝绿色 黄绿色 蓝色
发光谱峰波长/nm
496 446 490 520 469
余辉时间/min
1000 2000 4000 2000 Y2O2S:Eu3+,Ti4+,Mg2+
CaTiO3:Pr3+
红色 红色
626 613
500 40
光致发光可以分为以下几个过程：① 基质晶格吸收激发能；② 基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子，使其激发；③ 被激发的离子发光而返回基态。若基质中有激活中心A和敏化中心S，同时基质的吸收不产生辐射，那么有A吸收激发能后产生辐射，实现“发光”；S吸收激发能，并将能量传递给A，再由A辐射出来，这一过程称为“敏化发光”。发光材料的光致发光原理如图1所示。
从20 世纪90 年代开始，以Eu2+激活的碱土铝酸盐为代表的长余辉发光材料发光机制的研究，一直是人们研究的热点。目前虽未完全了解长余辉发光机制，但至少已取得如下共识：① 掺杂Eu2+ 是发光中心；② 晶体中存在的各种缺陷对发光与余辉有着重要的影响；③共掺杂三价稀土离子RE3+ 的添加产生了更多缺陷能级；④激发时产生的电子和空穴分别被电子陷阱和空穴陷阱捕获；⑤热扰动下陷阱捕获的电子或空穴以合适的速度释放出来；⑥电子和空穴的复合导致发光。
图1 发光材料的光致发光原理
空穴转移模型（见图2）的建立是随着Eu2+，Dy3+在以碱土金属铝酸盐以及硅酸盐为基质制备长余辉发光材料的广泛应用中逐步发展起来的, 其发光过程经历了3个阶段: ① 空穴由4f→5d电子跃迁产生，并在价带上以Dy4+形式存在；② 空穴在价带中随热释放而转移；③ 空穴与Eu1+复合伴随着余辉的释放。掺杂物中离子晶型的不同会影响空穴的深度，从而影响材料的发光时间和强度特性。
图2 空穴转移模型
目前长余辉发光材料的合成方法主要有高温固相法、微波合成法、溶胶-凝胶法、化学共沉淀法、燃烧法、水热合成法等，各自特点见表2。
SrAl2O4:Eu2+,Dy3+是一种最常见的长余辉发光材料，广泛应用于各种荧光粉和夜视显示。燃烧法（Combustion Method）是用金属硝酸盐和有机还原剂的混合水溶液,在较低的温度下燃烧，发生氧化还原反应来制备长余辉发光材料。本实验以金属硝酸盐为氧化剂，尿素为还原剂，在一定温度下可以发生爆炸性燃烧反应：
Sr(NO3)22Al(NO3)39H2O20329420CO(NH2)2SrAl2O4N2H2OCO2 3333通过控制燃烧温度、氧化剂和还原剂配比可以实现氧化性气氛或还原性气氛，可以直接将Eu3+还原为Eu2+，从而得到SrAl2O4:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料。
表2 长余辉磷光体的合成方法优点和缺点
制备方法 高温固相法
优点
缺点
经球磨处理, 晶体完整性受破坏, 发光亮度和效率降低
易生成杂相, 合成温度不易控制 原料成本高, 反应周期长, 合成所用的醇盐对人体有害
要求各组分具有相同或相似的水解或沉淀条件, 制备多组分时存在的问题较多 因添加有机物载体, 需要废气排放及产品的后处理较复杂
发光强度较低, 制备工艺技术复杂, 影响因素较多 制得粉体稳定性好, 发光和余辉性能较高
粉体粒径较小, 组分均匀分布, 发光微波合成法
效率高
组分均匀性好, 烧结温度低, 晶粒尺溶胶-凝胶法
寸易控制, 发光强度较高
反应温度低, 样品纯度高, 晶粒尺寸沉淀法
易控制, 发光强度较好
所得样品疏松, 易粉碎, 不需要气氛燃烧法
保护, 节能
合成温度低, 制备条件温和, 体系稳水热法
定
三、仪器与试剂 电子天平LS-55荧光光度计
Bruker D8多晶X射线衍射仪 100mL陶瓷坩埚
1台 1台 1台 6只
马弗炉 三色荧光灯
ST-86LA屏幕亮度计 100mL烧杯
Sr(NO3)2（分子量：211.63）硼酸（分子量：61.83）
1台 1台 1台 6只 分析纯 分析纯 Al(NO3)3·9H2O（分子量：375.13）分析纯 尿素（分子量：60.06）
分析纯
Eu3+硝酸溶液（10-4mol·L-1,已备）光谱纯 Dy3+硝酸溶液（10-4mol·L-1,已备）光谱纯
四、实验步骤
1、设计方案（每一大组任选一个方案，其中一个小组选定一个实验条件）
(1)以0.005mol 的Sr0.98Al2O4:0.01Eu, 0.01Dy为目标产物，助熔剂硼酸为20%，计算所需试剂的用量。分别以燃料/氧化剂过量0、50%、100%、150%、200%、250%和300%，计算所需燃料尿素的用量。试剂名称 Sr(NO3)2 Al(NO3)3·9H2O 硼酸
尿素过量/% 用量/g 0 2.002
用量 1.0370g 3.7513g 0.06183g 50 3.003
4.004
试剂名称 Eu3+溶液 Dy3+溶液
5.005
用量 0.5ml 0.5ml 200 6.006
250 7.007
备注
300 8.008
(2)以0.005mol 的Sr0.98Al2O4:0.01Eu, 0.01Dy为目标产物，燃料/氧化剂过量200%，计算所需试剂的用量。分别以助熔剂硼酸为0、5%、10%、15%、20%、30%和40%，计算所需助熔剂的用量。
试剂名称 Sr(NO3)2 Al(NO3)3·9H2O 尿素 硼酸/% 用量/mg 0 0
用量 1.0370g 3.7513g 6.006g 5 15.46 30.92
试剂名称 Eu3+溶液 Dy3+溶液46.38
用量 0.5ml 0.5ml 20 61.84 92.76
备注
123.68
(3)以0.005mol 的Sr0.98Al2O 4:0.01Eu, xDy为目标产物，助熔剂硼酸为20%，燃料/氧化剂过量200%，改变Dy的用量为0、0.005、0.01、0.015、0.02、0.025和0.03，计算所需试剂的用量。
试剂名称 Sr(NO3)2 Al(NO3)3·9H2O 尿素 Dy3+ 用量/mL 0 0
用量 1.031487g 3.7513g 4.004g 0.005 0.25
0.01 0.5
试剂名称 Eu3+溶液 硼酸
0.015 0.75
用量 0.5ml 0.06183g 0.02 1.0
0.025 1.25
备注
0.03 1.5
(4)以0.005mol 的Sr0.98AlxO1+1.5x:0.01Eu, 0.01Dy为目标产物，燃料/氧化剂过量200%，助熔剂硼酸为20%，计算所需试剂的用量。Al/Sr组成，其中x = 1.6、2、3.5、4、6、10.6和12。
试剂名称 硼酸 尿素
Al(NO3)3·9H2O
用量 0.06183g 4.004g 3.7513g
试剂名称 Eu3+溶液 Dy3+溶液
用量 1ml 1ml
备注
组成/x Sr(NO3)2/g 1.6 1.32268 1.05815
3.5 0.60466 0.52908 0.35272
10.6 0.19965 0.17636
2、燃烧反应
将称取的各种试剂在烧杯中用少量蒸馏水溶解，搅拌均匀，转移至坩埚中。马弗炉升温至600℃，恒温10min钟后，将坩埚迅速移至马弗炉中，关上炉门，观察现象。马弗炉有白烟冒出后约五分钟，马弗炉温度返回至600℃后约1min，打开炉门，取出坩埚，在防火板上冷却至室温。观察坩埚中的样品在荧光灯下的发光情况并拍摄照片。将产物研磨成粉末装进样品袋保存。
3、样品表征
XRD: Bruker D8多晶X射线衍射仪； 扫描范围：10-80º
4、磷光测定条件：LS-55荧光光度计； 扫描范围：350—650nm；入射光狭缝宽度：5nm；发生光狭缝宽度：15nm；激发波长：325nm；发射波长：520nm 余辉时间测定：紫外灯照射10min后记录亮度-时间曲线。
五．数据处理
表征结果
图1 X射线衍射图谱
图2 尿素过量—磷光分析图谱
图3 硼酸—磷光分析图谱
图4 Dy的用量—磷光分析图谱
图5 Al_Sr组成—磷光分析图谱
图6 荧光灯照射下的产品发光图
六．结果讨论
1.图1为燃烧法制备的SrAl204：Eu2+，Dy3+发光材料粉体的X射线衍射图谱
由图可知，x=1.6；2；3.5；4时，产物的衍射图谱与a-SrAl2O4的PDF标准卡片(30--1275)对应得非常吻合．结果表明，SrAl2O4：Eu2+，DyS+发光粉体属于单斜晶系(Monoclinic)，其晶格常数：a=0.8447 nm；b= 0.8816 nm ；c=0.5163 nm；β=93．420°。2.图2为尿素过量—磷光分析图谱
由图可知磷光吸收的最高峰位置在510nm处，尿素过量200%时磷光吸收峰最高，发光强度最好。尿素用量过高或过低时发光强度都比较弱。
3.图3为不同用量的硼酸对应的产物—磷光分析图谱
由图可见，随着硼酸用量的增加，产物的磷光吸收峰逐渐增高，峰形逐渐变好，磷光强度逐渐增大。4.图4为Dy的用量对产物影响的Dy的用量—磷光分析图谱
由图可见，Dy的用量为0.01,0.025和0.03时，磷光吸收峰较高，峰形较好，磷光强度较大。5.图5为Al_Sr组成—磷光分析图谱
由图可见，当x=2时，磷光吸收峰最高，峰形最好，说明此时发光强度最大，为最佳基质配比。6.图6为x=6时的产物磷光发光图
理论上此时的产物应该磷光发光极弱或无磷光现象，但图中依然可以观察到较强磷光。
可能影响SrAl2O4:Eu2+,Dy3+发光性能的主要因素有：
1、炉温
2、助熔剂用量
H3BO3 对磷光体发光亮度的影响
试样中H3BO3的摩尔分数分别为0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.30、0.40、0.60、1.00, 在相同炉温等条件下用燃烧法合成磷光体。在前驱体溶液中加入适量H3BO3(助熔剂)，可降低燃烧反应的着火点，不仅有利于反应进行，还有利于SrAl2O4晶 相生成，便于稀土离子掺入晶格。硼酸用量对产物的晶相及余辉性能有重要影响。随着硼酸用量增加，杂质峰逐渐减弱，合成产物纯度升高。但是，硼酸含量过高会导致产物晶型混乱，有损产物余辉性能。
3、燃料用量
用燃烧法合成SrO·xAl2O3:Eu2+,Dy3+长余辉材料时, 尿素既是反应的还原剂, 又是可燃物。可以通过改变尿素与硝酸盐的比值, 获得一系列不同温度的火焰, 从而合成出不同发光性能的磷光体。当尿素的加入量为理论加入量的2倍时，所制得发光体强度最大，粒度细小，燃烧产物具有较好的余辉性能。
4、基质Al/Sr组成 在一定炉温(600℃)条件下, 稀土与硼酸的量保持不变, 尿素与硝酸盐的质量比固定为2, 改变Al/Sr 的摩尔比, 进行燃烧合成实验。当Al/Sr=2时为基质最佳配比，余辉性能最好。
5、激活离子Eu2+和辅助激活离子Dy3+的浓度
随着n[Eu2+]／n[Dy3+]的比值逐渐增大，产物的余辉时间也逐渐增加，当n[Eu2+]／n[Dy3+]的比值为1：2时，燃烧产物的余辉时间最长。当n[Eu2+]／n[Dy3+]比值持续增大时，产物的余辉时间并不随着增加，反而有减少的趋势。而且Dy3+的量过大时，会导致合成产物的余辉消失。
6.硝酸用量对产物的影响
硝酸作为稀土溶剂，对产物的合成有较大影响。稀土溶解的越充分，在前躯体溶液中的扩散度就越好，强化产物的余辉性能。但是，过量硝酸会降低产物的纯度，不利于产物的合成。
综合结论