一种钪钛酸盐发光材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及无机发光材料领域，尤其涉及一种钪钛酸盐发光薄膜及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]与传统的发光粉制作的显示屏相比，发光薄膜在对比度、分辨率、热传导、均匀性、与基底的附着性、释气速率等方面都显示出较强的优越性。因此，作为功能材料，发光薄膜在诸如阴极射线管(CRTs)、电致发光显示(ELDs)及场发射显示(FEDs)等平板显示领域中有着广阔的应用前景。
[0003]薄膜电致发光显示器(TFELD)由于其主动发光、全固体化、耐冲击、反应快、视角大、适用温度宽、工序简单等优点，已引起了广泛的关注，且发展迅速。目前，研究彩色及至全色TFELD，开发多波段发光的材料，是该课题的发展方向。然而，钪钛酸盐发光薄膜仍未见报道。
【发明内容】
[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种钪钛酸盐发光材料，本发明提供的钪钛酸盐发光材料优选为钪钛酸盐发光薄膜，本发明还提供了该钪钛酸盐发光材料的制备方法和应用。
[0005]第一方面，本发明提供了一种钪钛酸盐发光材料，结构式为R2Sc2Ti3012:xMn4+,其中，R为Al，Ga, In或Tl，x的取值范围为0.01?0.05。
[0006]所述钪钛酸盐中，以R2Sc2Ti3O12S基质，Mn4+为激活元素，R2Sc2Ti3O12基质具有较高的热学和力学稳定性，以及良好的光学透明性和较低的声子能量，为发光离子提供了优良的晶场，从而在光电能量转换的过程中产生较少无辐射跃迁，因此，其作为光电转换材料，耗电少，光能转换率高。对于掺杂离子，过渡金属离子Mn4+具有丰富的能级和窄的发射谱线，与基质结合可形成不同的发光峰，在该体系中，材料的650nm发光是来自基质材料的SP3杂化轨道电子到Mn4+的3d5电子的能量传递，辐射出的红光发光峰。
[0007]优选地，所述X的取值为0.03。
[0008]优选地，所述钪钛酸盐发光材料为发光薄膜。发光薄膜的厚度可根据实际需要制备。优选地，所述发光薄膜的厚度为50?350nm。
[0009]更优选地，所述发光薄膜的厚度为160nm。
[0010]本发明制备了锰掺杂的钪钛酸盐发光材料R2Sc2Ti3O12:xMn4+，以R2Sc2Ti3O12为基质，Mn4+为激活元素，在材料中充当主要的发光中心。本发明提供的锰掺杂的钪钛酸盐发光材料R2Sc2Ti3O12 = XMn4+在520nm位置附近有很强的绿光发光峰。
[0011]第二方面，本发明提供了一种钪钛酸盐发光材料的制备方法，包括以下步骤:
[0012]根据R2Sc2Ti3O12: XMn4+各元素的化学计量比提供或制备陶瓷靶材，其中，R为Al, Ga, In或Tl，X的取值范围为0.01?0.05 ;
[0013]将衬底和所述陶瓷靶材置于磁控溅射设备的真空镀膜室中，设置真空度为Ι.ΟΧΙΟ—3?1.0X10_5Pa，衬底温度为250?750°C，所述衬底和陶瓷靶材之间的距离为45?95mm,通入10?35sccm IS气，于0.2?4Pa的压力下,采用磁控派射的方法在所述衬底上沉积得到钪钛酸盐发光材料，其中，磁控溅射的功率为30?200W ；
[0014]所述钪钛酸盐发光材料的结构式为R2Sc2Ti3012:xMn4+，其中，R为Al，Ga，In或Tl，x的取值范围为0.01?0.05。
[0015]本发明采用磁控溅射的方法制备钪钛酸盐发光材料，先提供或制备陶瓷靶材，再进行磁控溅射沉积得到发光材料。
[0016]优选地，所述提供或制备陶瓷靶材的步骤包括:
[0017]按1:1: 3: X的摩尔比分别称取R2O3, Sc2O3, T12, MnO2粉体，其中，R为Al, Ga, In或Tl，X的取值范围为0.01?0.05 ;
[0018]将上述称取的粉体混合均匀后置入煅烧装置中，于900?1300°C下煅烧0.5?3小时，获得块状陶瓷靶材。
[0019]进一步优选地，将所述粉体混合均匀后置入煅烧装置中进行煅烧的过程中，所述煅烧温度为1250°C，煅烧时间为1.5。
[0020]优选地，所述获得的块状陶瓷靶材的大小为Φ50X2mm。
[0021]优选地，所述X的取值为0.03。
[0022]优选地，所述磁控溅射设备的真空镀膜室的真空度为5.0X 10_4Pa。
[0023]优选地，所述衬底为玻璃。
[0024]优选地，所述衬底的温度为500°C。
[0025]优选地，所述衬底和陶瓷靶材之间的距离为60mm。
[0026]优选地，所述在衬底上沉积得到所述钪钛酸盐发光材料的过程中，真空镀膜室内的压力为2Pa。
[0027]优选地,所述磁控溅射的功率为120W。
[0028]优选地，所述沉积的时间为10?30min。
[0029]优选地,所述気气的流量为25sccm。
[0030]上述制备的钪钛酸盐发光材料为发光薄膜。发光薄膜可根据实际需要制备不同的厚度。优选地，所述发光薄膜的厚度为50?350nm。
[0031]更优选地,所述发光薄膜的厚度为160nm。
[0032]优选地，所述在衬底上沉积得到钪钛酸盐发光材料的过程中，包括对所得钪钛酸盐发光材料的退火处理，所述退火处理的方式为:在衬底上沉积钪钛酸盐发光材料后，调整真空镀膜室内的压强为0.001?0.1Pa，在氩气气氛下，500?800°C下退火处理I?3小时。
[0033]优选地，退火温度为600°C。优选地，退火时间为2小时。
[0034]第三方面，本发明提供了一种薄膜电致发光器件，该薄膜电致发光器件包括衬底、阳极、发光层和阴极，所述发光层的材质为钪钛酸盐发光材料，所述钪钛酸盐发光材料的结构式为R2Sc2Ti3O12:xMn4+，其中，R为Al, Ga, In或Tl，x的取值范围为0.01?0.05。
[0035]优选地，所述X的取值为0.03。
[0036]优选地，所述衬底为玻璃。优选地，所述阳极为ITO薄膜。优选地，所述阴极的材质为银。
[0037]所述钪钛酸盐发光材料为发光薄膜。发光薄膜的厚度可根据实际需要制备。优选地，所述发光薄膜的厚度为50?350nm。
[0038]更优选地，所述发光薄膜的厚度为160nm。
[0039]第四方面，本发明提供了一种薄膜电致发光器件的制备方法，包括以下步骤:
[0040]根据R2Sc2Ti3O12: XMn4+各元素的化学计量比提供或制备陶瓷靶材，其中，R为Al, Ga, In或Tl，X的取值范围为0.01?0.05 ;
[0041]将衬底和所述陶瓷靶材置于磁控溅射设备的真空镀膜室中，设置真空度为Ι.ΟΧΙΟ—3?1.0X10_5Pa，衬底温度为250?750°C，所述衬底和陶瓷靶材之间的距离为45?95mm,通入10?35sccm IS气，于0.2?4Pa的压力下,采用磁控派射的方法在所述衬底上沉积得到钪钛酸盐发光材料，其中，磁控溅射的功率为30?200W ；
[0042]所述钪钛酸盐发光材料的结构式为R2Sc2Ti3012:xMn4+，其中，R为Al，Ga, In或Tl，x的取值范围为0.01?0.05 ；
[0043]再在所述钪钛酸盐发光材料上蒸镀阴极，得到薄膜电致发光器件。
[0044]优选地，所述提供或制备陶瓷靶材的步骤包括:
[0045]按I: I: 3: X的摩尔比分别称取R2O3, Sc2O3, T12, MnO2粉体，其中，R为Al, Ga, In或Tl，X的取值范围为0.01?0.05 ;
[0046]将上述称取的粉体混合均匀后置入煅烧装置中，于900?1300°C下煅烧0.5?3小时，获得块状陶瓷靶材。
[0047]进一步优选地，将所述粉体混合均匀后置入煅烧装置中进行煅烧的过程中，所述煅烧温度为1250°C，煅烧时间为1.5h。
[0048]优选地，所述获得的块状陶瓷靶材的大小为Φ50X2mm。
[0049]优选地，所述X的取值为0.03。
[0050]优选地，所述磁控溅射设备的真空镀膜室的真空度为5.0X 10_4Pa。
[0051]优选地，所述衬底为玻璃。
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