聚合物硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料的制备和结构与性能的研究

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1、四川大学工学博士学位论文聚合物／硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料的制备和结构与性能的研究材料学专业研究生罗勇悦指导教师淡宜摘要稀土掺杂铝酸锶发光材料以铝酸锶为基质，二价铕离子为激活剂，三价镝离子为共激活剂，发光亮度大、效率高、余辉时间长、不含放射性元素，节能、环保，是一种新型无机发光材料。但是，这种材料在潮湿的环境中易水解，导致发光性能下降，直到亮度消失，失去使用价值。本文针对稀土掺杂铝酸锶发光材料在潮湿环境中易水解的问题提出通过原位乳液聚合制备聚合物／硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料，提高材料抗水解性能，并同时赋予高分子材料发光性能的思

2、路。首先在稀土掺杂铝酸锶表面包覆硅铝二元膜，改善稀土掺杂铝酸锶的耐水性；然后通过硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶发光材料存在下丙烯酸酯等单体的原位乳液聚合，制备聚合物／硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料，将稀土掺杂铝酸锶的发光功能赋予高分子材料，并进一步改善耐水性；将制备得到的聚合物，硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料添加到LDPE等聚合物基体树脂中，确保稀土掺杂铝酸锶发光材料的耐水性能，增强稀土掺杂铝酸锶发光材料与基体树脂的相容性，并赋予基体树脂发光性能。具体研究内容如下：采用溶胶一凝胶法制备硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶发光材料，系统地研究了正

3、硅酸乙酯用量、催化剂种类和包覆体系pH值对稀土掺杂铝酸锶发光材料结构和性能的影响。通过X．光电子能谱(xPs)、多晶X射线衍射(XRD)、四川大掌工学博士学位论文红外光谱(FTIR)、热失重(TG—DTG)、扫描电镜(SEM)、比表面(BET)、激光粒度(LSD)、荧光光谱(FL)和发光亮度等测试，研究了材料的结构、包覆层与原始发光材料的相互作用及材料发光性能；进一步通过pH值测定，考察了硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶的耐水性。结果表明，硅铝二元膜包覆层以无定型态与稀土掺杂铝酸锶发光材料通过化学键合作用，而不是简单的物理包覆；在稀土掺杂铝酸锶发光材料表面包

4、覆一层均匀致密的硅铝二元膜，可有效提高材料耐水性能，而不影响材料原有的发光性能。依据以上表征，进一步探讨了硅铝二元膜在稀土掺杂铝酸锶发光材料表面的包覆机理。将带有烷氧基和乙烯基的硅烷偶联剂分子与硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶发光材料反应，既赋予硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶发光材料表面亲油疏水性，又在材料表面引入不饱和双键，为甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等单体在硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸铝发光材料表面进行接枝聚合，制各聚合物，硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料提供可行性。通过FTIR、SEM、XPS、TG--DTG等测定和荧光光谱及发光亮度测试，研究了偶联改

5、性硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶发光材料的结构、发光特性和余辉性能。结果表明，偶联剂分子化学接枝到硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶表面，接枝量为O．34％左右：硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶表面接上偶联剂分子后仍能保持良好的发光性能。pH值测定结果表明，经偶联改性的硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶发光材料具有优异耐水性。以甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯为单体，通过原位乳液聚合方法制备得到基于共价键结合的聚合物／硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料。乳化剂变量实验结果表明，由于发光材料颗粒密度大，颗粒中心粒径为301．tm左右，乳化剂肩负乳化和分散两个同等重要的作用，欲制

6、各得到聚合物／硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料，乳化剂用量必须大于乳化剂的CMC值才能获得稳定的乳液反应体系。通过FTIR、SEM、XPS、TG—DTG等测定，研究了复合发光材料的结构。结果表明，复合发光材料中聚合物分子与硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶之间通过化学键合方式结合：荧光光谱和发光亮度测试结果表明，在硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶表面化学键合上聚合物后仍能保持稀土掺杂铝酸锶原有的发光性能。pH值测定结果表明，聚合物魅铝二元膜包覆II四川大学工学博士学位论文稀土掺杂铝酸锶复合发光材料具有优异的耐水性。基于以上结构表征，研究了基于共价键结合的聚

7、合物／硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料的形成机理。将占聚合物基体树脂比例为2mass％的聚丙烯酸酯／硅铝二元膜包覆稀土掺杂铝酸锶复合发光材料和稀土掺杂铝酸锶发光材料分别添加到LDPE聚合物基体树脂中，将发光材料的发光特性赋予LDPE，获得发光塑料，重点研究了发光材料与基体树脂的相容性及材料的力学性能和发光特性。SEM观察结果表明，复合发光材料与LDPE的相容性较好，而稀土掺杂铝酸锶与LDPE的相容性较差；拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度测试结果表明，添加2％发光材料制备得到的发光塑料的力学性能相对于基体树脂变化不大；荧光光谱和发光亮度测试结果表

8、明，制各得到的复合发光材料改性LDPE具有与稀土掺杂铝酸锶相同的发光特性，发光性