LED用稀土掺杂GdNbTiO6红色荧光材料的制备及光学性质研究

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稀土离子掺杂荧光粉在固态照明、液晶显示和太阳能电池等领域具有广泛应用。在固态照明领域,稀土离子掺杂荧光粉主要应用于白光发光二极管(LED),荧光粉转换法是合成白光LED的重要方法,其可通过蓝光LED激发黄色荧光粉或近紫外光激发三基色荧光粉实现白光输出。红色荧光粉的特性对白光LED的显色性能具有重要影响,相比于蓝、绿色荧光粉,红色荧光粉的性能还较差,其被近紫外光激发的效率也较低,因此,研发可被近紫外光有效激发的新型高效红色荧光粉具有重要意义。本文选择具有良好物理化学稳定性的GdNbTiO6为基质,Eu3+和Sm3+作为激活剂,Bi3+作为敏化剂,采用高温固相反应法制备了可被近紫外光激发的红色发光荧光粉,并对样品的发光特性、光学跃迁特性和温度相关的发光特性进行了探究。本论文的主要内容如下:1.合成了Eu3+单掺杂及Eu3+,Bi3+共掺杂GdNbTiO6红色荧光粉。通过XRD测试证实制备的所有样品均为正交相GdNbTiO6。荧光光谱分析结果表明,样品可被近紫外光有效激发,在波长615 nm左右发射强红光。Bi3+的引入有效拓宽了Eu3+位于近紫外光区的激发带,Bi3+到Eu3+存在有效的能量传递。利用Van Uitert模型探究了Eu3+单掺杂样品的浓度猝灭现象,确定Eu3+之间的能量传递机制主要是交换相互作用。此外,研究了Eu3+单掺杂和Eu3+,Bi3+共掺杂样品温度相关的发光特性,发现了温度相关的发光猝灭现象,通过分析确定产生温度猝灭的主要原因是crossover过程,利用Arrhenius公式拟合得到温度猝灭过程的激活能约为0.154 e V。2.合成了不同浓度Sm3+掺杂的GdNbTiO6红色荧光粉。XRD测试结果表明制备的所有样品均为纯相。通过测量变浓度和变温荧光光谱,研究了样品的发光特性,发现Sm3+的发射存在浓度和温度相关的发光猝灭。分析发现,浓度相关的发光猝灭可归因于Sm3+之间的电偶极-电偶极相互作用,温度猝灭源自能量传递和crossover过程的共同作用。在变温激发光谱中观察到由温度升高引起的基质电荷迁移带红移的现象,利用不同激发峰对温度的依赖性不同研究了样品的温度传感特性。通过J-O理论和漫反射光谱研究了Sm3+的光学跃迁性质,利用发射光谱对计算结果的准确性作了验证。3.合成了Eu3+和Sm3+共掺杂GdNbTiO6荧光粉。XRD结果表明,合成的所有样品均为纯相。荧光光谱测试结果表明,Sm3+到Eu3+存在有效的能量传递,Sm3+的引入延展了Eu3+位于近紫外光区的有效激发范围,但Eu3+到Sm3+的能量传递不有效。通过J-O理论和发射光谱,计算了Eu3+单掺杂和Eu3+,Sm3+共掺杂样品中Eu3+的J-O强度参数,结果表明Sm3+的引入没有对Eu3+的光学跃迁特性造成明显影响。
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