基于核壳结构的磷酸盐发光材料的设计、可控制备与发光性能

Size controllable LaPO4@LnPO4 (LnPO4= LaPO4:Ce'Tb)hollow spheres with core/shell structure are fabricated by a low cost and simple liquid solution method. Morphology, phase structure, consistute and grain size of as prepared samples are controlled by means of chemical method. The formation mechanism of core-shell structure as well as their photoluminescencent property of the as-obtained samples are investigated furtherly.The main experiment section is included as following:(1) The LaPO4 and LnPO4 with the same crystal structure and the crystal cell constant are designed as core and shell section,respectively.The cost will decreased and the emission intensity could be improved.(2) The free phosphate ions are released by slow hydrolysis of polyphosphate and combined with rare earth ions to form LnPO4 precipitation at surface of LaPO4 hollow spheres ,which are syntheized by a template-free and liquid method at first. Based on the interface reaction and transition theory, we will compare the reaction conditions and investigate reaction mechanism.(3) New optical property resulted from the core/shell structure is studied systematically. The mechanism of elcetronic transiton and the relationship between fine structure and photoluminescencent property are presented based on the experiment results. This simple convenient and synthetic method might reduce greatly the cost of green phosphors and might be valuable for illumination industry.

本课题以低成本、简单的液相法合成粒径可控的具有核壳结构的LaPO4@LnPO4 (LnPO4= LaPO4:Ce'Tb)绿色荧光粉为目的，在制备过程中借助化学手段对产物的形貌、相结构、化学组成以及粒径大小进行调控，在此基础上再对核壳结构的形成机理和光学性质进行研究。主要内容包括：1）设计两种具有相似的晶体结构、相近晶格常数的材料分别作为核层和壳层，成本降低同时提高发光强度；2）采用无模板、液相法制备LaPO4微球，并以此为模板可控缓释法在上面均匀包覆壳层即LnPO4。在此基础上以界面反应、扩散理论为指导，对合成机理和调控机制进行研究，合成不同粒径和不同壳层厚度的LaPO4@LnPO4绿色荧光粉。3）系统研究核壳结构体系的新颖光学特性，在更微观的尺度上揭示复合荧光体的电子跃迁机制和发光机理。本课题的研究涉及到材料学、化学、发光学和纳米科学与技术等领域，对开发新型的发光材料具有重要的理论意义。

磷酸镧（LaPO4）具有良好物理化学性质，常被用作掺杂其它稀土离子的基质材料，也可用作超短余辉荧光粉，不同稀土元素掺杂的LaPO4基荧光材料具有优良的热稳定性和真空紫外辐照维持率，是当前材料科学领域的热门研究课题。核壳结构材料能够有效地改善纳米发光材料的表面以及形态结构，从而提高其荧光性能。尤其是形貌规整的微纳米球核壳结构的荧光粉在形态和性质上的特点使其具有其他形貌发光材料不可比拟的优势。因此制备核壳结构材料是近年来合成新型荧光材料所采用的一个重要手段。本课题以低成本、简单的液相法合成粒径可控的具有核壳结构的LnPO4 (LnPO4= LaPO4:Ce’Tb和Eu )各色荧光粉为目的，在制备过程中借助化学手段对产物的形貌、相结构、化学组成以及粒径大小进行调控，在此基础上再对核壳结构的形成机理和光学性质进行研究。主要内容包括首先设计、制备两种不同的材料（例如二氧化硅核和三聚氰胺）分别作为核层和以LnPO4 (LnPO4= LaPO4:Ce’Tb和Eu )壳层，制备成本降低同时提高发光强度；其次采用液相法制备LaPO4微米球，并以此为模板可控缓释沉淀法在上面均匀包覆壳层即LnPO4。在此基础上以界面反应、扩散理论为指导，对合成机理和调控机制进行研究，合成不同粒径和不同壳层厚度的LaPO4@LnPO4荧光粉。最后系统研究核壳结构体系的光学特性的影响因素。本课题的主要取得的成果共计发表学术论文12篇，其中会议论文2篇，申请国家发明专利2项，培养硕士研究生4名。