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发光二极管(LED)由于寿命长、效率高、体积小、抗震性好、环境友好、节能、安全等优点,受到了广泛的关注,并在照明、装饰、显示等领域显示出巨大潜力。目前商业化的白光LED主要由蓝光LED芯片和发黄光的YAG:Ce荧光粉组合而成,具有价格低、亮度高等优点,但是显色性低、难以保证荧光粉均匀性、散热困难、环氧树脂易老化等缺点阻碍了其进一步的发展。此外,随着人民生活的改善,适用于情景照明的多色LED光源将逐渐成为LED照明的核心竞争力,从而使得LED的多色彩性及光的均匀性处于更优先考虑的位置。与荧光粉等晶体发光材料相比,发光玻璃具有发光均匀性好、激活离子掺杂均匀、透明度高、热稳定性好、生产成本低、易制备、易加工、无需环氧树脂封装等特性。在此背景下,本文对稀土及过渡金属离子掺杂的LED用发光玻璃进行了研究。 采用高温熔融法制备了一系列Eu/Dy掺杂的钙铝硼硅酸盐玻璃和Ce/Ho/Sm、Pr3+及Mn4+掺杂的氧氟硅酸盐玻璃。利用吸收光谱、发射光谱、激发光谱、X射线衍射(XRD)、红外光谱、色坐标和色温对发光玻璃进行了研究。 结果表明,对于Eu/Dy单掺及共掺的钙铝硼硅酸盐玻璃,随着B2O3含量的增多,更多的 Eu3+离子自发的还原为 Eu2+离子,并且在达到猝灭浓度之前,增加 Eu的含量使得 Eu3+更多的转化为 Eu2+。此外,Dy3+的引入会对 Eu3+向 Eu2+的还原程度产生影响。 在Ce/Ho/Sm掺杂的氧氟硅酸盐玻璃中,Al2O3会促进Ho3+和Sm3+的发光,而B2O3则会产生抑制作用。将玻璃组成中的CaO替换为Na2O,会使得CaF2晶体在熔融冷却过程中析出。CaF2晶体的形成会改变Ho3+和Sm3+的发光行为,同时Ho3+会对Sm3+的发射光产生吸收而减弱Sm3+的发光强度。 在单掺Pr3+离子的氧氟硅酸盐玻璃中,用NaO代替CaO有利于CaF2晶体在熔融冷却过程中形成,并且通过改变Al2O3与ZnO在玻璃中的比例可以控制CaF2的结晶度。红外测试结果显示,玻璃结构依赖于玻璃的组成。另外,在玻璃组成中引入Al2O3和ZnO可以增强Pr3+离子的3P0→3H4发射,而B2O3和SiO2对其却有着不利的影响。用443 nm作为激发波长,可以观察到Pr3+的自激发并且随着 CaF2结晶度的提高而不断得到增强。此外,在含有 Al2O3晶体的玻璃中可以观察到一个独特的位于690 nm的发射峰。 玻璃组成的变化会使得 Mn4+离子在氧氟硅酸盐玻璃中处于不同的位置,并且处于不同位置的 Mn4+离子发射光谱和激发光谱有一定差异。Al2O3,B2O3和SiO2的加入会改变 Mn4+离子位置的分布,且对其位置分布的改变作用 SiO2>B2O3>Al2O3。 玻璃基质组成、激发波长、掺杂激活离子浓度等均会影响发光玻璃的发射光谱和相关的色坐标、色温。在Eu/Dy离子掺杂的钙铝硼硅酸盐玻璃和Ce/Ho/Sm掺杂的氧氟硅酸盐玻璃中均得到白光的发射与色彩的变化,而且在 Pr3+及 Mn4+掺杂的氧氟硅酸盐玻璃中实现了组成对其发射光谱的可控调节。