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白光LED作为一种新型全固态照明光源,具有使用寿命长、效率高、低能耗、环保、绿色照明等优点,被视为第四代照明光源。近十年来,我国白光LED已经实现了全彩化和超高亮度,并建立起了一个完整的LED产业。现在白光LED已经覆盖社会各领域,白光LED已经与人们的生活紧密的联系在一起。白光LED的功能不仅是照明,还是很多行业的重要元件,白光LED的身影出现在电视、手机、汽车照明、高精度仪器等领域中,奠定了白光LED的良好发展态势。在全球倡导低碳节能的大背景下,白光LED终将取代传统光源(如白炽灯、荧光灯),成为21世纪最有影响力的新光源。 商用白光LED的最佳方案为蓝光LED+黄粉YAG∶Ce+红粉。氮(氧)化物红粉虽在蓝光区域存在宽谱带吸收,但其合成条件苛刻,而且还存在白光重复吸收。因此,十分必要开发一种不受合成条件限制,可被蓝光有效激发不存在重复吸收的红色荧光粉。在本文中系统研究了Eu3+掺杂的双钙钛矿结构的钨/钼酸盐红色荧光粉以及Mn4+激活的氧化物红色荧光粉的发光性能。具体内容和研究成果如下所述: (1)采用一步固相法成功合成了具有双钙钛矿结构的Ca3WO6∶Eu3+和Ca3WO6∶Eu3+,Sm3+红色荧光粉。Ca3WO6∶Eu3+在蓝光激发下发射出波长为615 nm的红光,这种线状波长发射兼具流明效率和显色性。通过碱金属离子(Li+,Na+,K+)对Ca3WO6∶Eu3+进行电荷补偿,发现离子半径与被取代Ca2+接近的Na+具有较好的电荷补偿作用,可以增强发光中心Eu3+的发光。同时,在Ca3WO6基质中共掺Eu3+和Sm3+发光中心,发现Sm3+对Eu3+存在能量传递。Ca3WO6∶Eu3+,Sm3+红粉可以在红光区域实现发光颜色微调。 (2)通过Pechini法合成了双钙钛矿结构的钼酸盐Ba2MgMoO6∶Eu3+红粉。Ba2MgMoO6∶Eu3+红粉的电荷迁移带位于近紫外光区域,其中心波长是394 nm,半高宽为80 nm。这种宽带吸收与近紫外LED芯片发射相吻合,可以充分吸收芯片发射的能量。Ba2MgMoO6∶Eu3+发射波长位于598 nm附近,在近紫外光激发下其发射强度与Ca0.76MoO4∶0.24Eu3+的发光强度接近。 (3)采用传统固相法成功合成了非稀土掺杂的新型红色荧光粉BaGe4O9∶Mn4+。采用Rieteveld精修方法解析了BaGe4O9晶体结构,明确了八面体GeO6的对称性;同时结合Mn4+的光谱分析,确定了Mn4+离子倾向于占据具有低对称性(C3)的八面体Ge4的格位。通过稳态发光光谱,变温光谱以及荧光衰减等表征了红色荧光粉BaGe4O9∶Mn4+的发光性能。荧光粉的激发光谱从紫外到可见光区域(250 nm-500nm)具有宽谱带激发,其吸收范围有效地覆盖了商用近紫外与蓝光LEDs芯片发射的范围,这表明该红粉在商用白光LEDs方面具有潜在的应用价值。在较低掺杂浓度(0.5%)时,该荧光粉发生了浓度猝灭,其机理主要是偶极-偶极相互作用。 (4)采用简易固相法成功合成了掺杂过渡金属Mn4+激发的红色荧光粉La3GaGe5O16∶Mn4+。通过XRD与SEM表征La3GaGe5O16∶Mn4+样品的成相与表面形貌;采用漫反射光谱、激发与发射光谱、变温光谱与衰减曲线表征La3GaGe5O16∶Mn4+荧光粉的发光性能。La3GaGe5O16∶Mn4+的激发光谱覆盖了从波长250 nm到波长500nm的较宽区域,激发光谱的吸收范围与商用近紫外光与蓝光LEDs相匹配。在紫外光与蓝光激发下La3GaGe5O16∶Mn4+荧光粉发射出明亮的红光。为研究激活剂Mn4+离子在La3GaGe5O16基质中的电子云扩展效应,计算了晶体场强度参数(Dq)与Racah参数(B和C)。La3GaGe5O16∶Mn4+荧光粉的猝灭浓度大约为0.25%,其猝灭机理为偶极-偶极相互作用。在本文中研究了温度对Mn4+发光性能的影响及其对温度的抗疲劳性,La3GaGe5O16∶Mn4+荧光粉的猝灭温度为423 K,其激活化能为~0.105eV。 (5)采用软化学方法成功合成了具有纳米尺寸的Li2MgTi3O8∶Mn4+红色荧光粉。该红粉呈现宽带深红色发光,其中心波长位于680 nm附近。在蓝光激发下其量子效率达到34%,而且具有较好的发光抗热猝灭性能(△E=0.214 eV)。Li2MgTi3O8∶Mn4+红粉在紫外光和蓝光区域具有宽谱带吸收,这种宽带吸收与近紫外LED或蓝光LED芯片发射相匹配,表明该红粉在蓝光激发下能够改善白光LED的显色性。借助Tanabe-Sugano图解释了Li2MgTi3O8基质中发光中心Mn4+的光谱特点,同时计算了晶体场强度参数(Dq=2.06×103 cm-1)与Racah参数(B=0.76×103 cm-1,C=3.00×103 cm-1)。将Li2MgTi3O8∶Mn4+红粉和商用黄粉YAG∶Ce涂覆到蓝光LED芯片上制备了白光LED器件,发现该红粉可以改善白光LED的显色指数和色温。这种红粉的合成原料价格低廉、发光性能优越,因此在暖白光LED方面具有潜在的应用。