[发明专利]一类镨离子掺杂复合钼钨酸盐真空紫外激发材料及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及真空紫外激发材料和发光材料领域，尤其涉及可应用于上述领域的镨离子掺杂钼钨酸盐的合成及其应用。

背景技术

目前，能源短缺和环境污染已经成为人类面临的两大难题。人们日常用的水银荧光灯跟这两个问题联系紧密，因为它是一种广泛使用的照明灯具，但是众所周知，水银对环境有严重的污染，如果水银荧光灯能减少汞的使用量同时提高它的发光效率，必能对节能和环保都很有裨益。所以开发绿色照明灯具，即研究和开发出采用惰性气体放电产生的真空紫外光来代替水银放电激发的发光材料，是减少环境污染有效途径之一。

真空紫外激发发光材料的另一个应用领域是等离子平板显示屏。在平板显示屏，特别是超大平板显示屏中，等离子平板显示屏（PDP）一直拥有其它平板显示屏无法取代的位置。近几年由于3D 电视的出现，PDP 显示技术更成为当前研究的热点，这主要是因为在3D 电视的应用中，PDP 与液晶显示屏相比具有以下优势：（1）PDP 的刷新频率远高于液晶显示屏，（2）PDP 的可视范围更宽，（3）PDP的色彩还原能力远高于液晶显示屏。而PDP 是采用惰性气体放电产生的真空紫外光来激发荧光粉发光成像的设备，荧光粉发光性能的优劣直接决定PDP 的质量。PDP 用荧光粉在性能方面的特殊要求包括：（1）发光亮度高，（2）晶体颗粒形貌完整、均匀、分散性好，（3）良好的热稳定性，（4）优良的真空紫外 激发稳定性。

 惰性气体放电发射产生的真空紫外波长主要位于147nm 和172nm 左右，因此，在PDP 和无汞荧光灯等真空紫外激发领域的应用中，需要采用真空紫外激发发光材料将此光子转换成可见光子，但如果只简单地将一个真空紫外光子转换成一个可见光子，材料的发光效率将很低，绝大部分能量被以热能的形式浪费掉。为了充分利用真空紫外光子的能量，需要寻找能将单个真空紫外光子转换成两个或两个以上可见光子的真空紫外激发发光材料，也就是人们称为下转换或量子剪裁的发光材料。在节能和环保越来越重要的今天，真空紫外激发下转换发光材料是人们迫切希望找到的理想发光材料，而这种材料也必将在PDP 和无汞荧光灯等绿色照明领域有广阔的应用前景。

 真空紫外激发材料的研究主要集中在Pr³⁺、Tb³⁺或Eu³⁺等稀土离子掺杂发光材料中，其中以镨离子掺杂真空紫外激发材料研究为主，主要是因为Pr³⁺具有丰富的能级，能产生多种可见波段的光发射，是广泛应用于发光领域的一种稀土离子。一些镨离子掺杂发光材料在真空紫外光激发时，可以实现下转换发光，也就是吸收一个真空紫外光子，连续发射出两个较长波长的光子，其总的荧光量子效率理论上可以达到200％。目前，镨离子掺杂真空紫外激发下转换发光材料主要存在三方面的不足，其一是发光材料的基质晶体制备昂贵、在真空紫外激发下性能不稳定。镨离子掺杂真空紫外激发下转换发光材料的基质晶体研究主要集中在氟化物、硼酸盐氧化物和铝酸盐氧化物。早期研究以氟化物基质材料为主，但这一类基质材料的最大缺陷就是制备昂贵，而且性能不稳定。近期对氧化物基质材料研究日益增多，但这一类基质材料的缺陷主要是基质材料在真空紫外区域都有较强吸收，同时这一部分能量没法传递给掺杂稀土离子，因此较难得到高效荧光粉材料。第二方面的问题是Pr³⁺掺杂下转换发光发射出的第一个光子波长为400nm左右近紫外光子，而该波长不利于在显示和照明领域的应用。虽然已有报道可以通过与Mn²⁺或Cr³⁺间的能量传递将这个近紫外光子转换成可见光子，但是研究也发现这两种离子与镨离子间的传递效率在低掺杂浓度时较低，而高掺杂浓度又容易导致浓度猝灭效应，降低了这些材料的实际应用价值。最后一方面的问题是真空紫外激发发光材料中稀土离子在真空紫外区的吸收系数小，激发效率不高。研究较多的是Tb³⁺掺杂Sr₃GdZr(PO₄)₃，GdPO₄和K₂GdZr(PO₄)₃等，Tb³⁺在真空紫外区的吸收系数较小，掺杂浓度没法提高，因而材料的激发效率并不高。目前，也有研究人员试图通过基质晶体与稀土离子间的能量传递来提高材料在真空紫外区的吸收效率，例如在G d³⁺掺杂Na(Y,Gd)FPO₄ 中基质晶体本身在真空紫外区有较高的吸收吸收，同时与稀土离子间存在能量传递，可以得到较好的真空紫外激发效率，但是G d³⁺的下转换发光存在一个200nm左右的光子，这是在绿色照明和等离子平板显示中没法利用的光子。因此，如何提高材料在真空紫外区的激发效率是影响下转换发光材料应用的一个关键问题。