白光LED用磷酸盐基红色荧光粉的合成及发光性能研究

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白光LED凭借巨大优势在全球照明市场内处于优势地位。通常来讲,产生复合白光需满足两个重要因素:适宜的激发芯片和适配的荧光粉。研究表明采用近紫外光激发多色荧光粉可使得复合白光具备更加卓越的性能表现。从复合白光的显色指数及相对色温方面来考量得出,研究适配于近紫外光芯片的红色荧光粉对复合白光的性能发挥是极为必要的。磷酸盐满足优越的耐热性质以及特殊的晶格结构要求,因而被广泛的应用到荧光粉基体材料领域。本文以闪铋矿结构磷酸盐为研究体系,将Eu3+作为发光中心。采用高温固相法进行荧光粉的制备工作,并通过一系列的测试手段表征了各项性能。采用高温固相法在800°C时成功制备出Na Ba Bi2(PO4)3:Eu3+红色荧光粉。将样品XRD谱图与标准卡片进行对比,证明荧光粉具备单一物相结构。在391 nm近紫外光的有效激发下,荧光粉的发射谱内有四个坐落于595 nm、617 nm、656nm、703 nm处的突出发射峰,其中617 nm处的发射强度最高。证明Eu3+离子处于低对称性的晶格位点,荧光粉对外表现为红光发射。在Eu3+引入量达到9%时,Na Ba Bi2(PO4)3:9%Eu3+的发光强度达到最大值,色坐标为(0.6308,0.3673),引发Eu3+间发生能量传递的主要因素归结于最近邻离子间作用。采用固相法制备了Na Sr Bi2(PO4)3:Eu3+红色荧光粉。在391 nm波长激发下,发射光谱主要包含Eu3+的四个宽带特征峰,其中最强发射峰坐落于617 nm处。当Eu3+的引入量为5%时,Na Sr Bi2(PO4)3:5%Eu3+的发射强度出现最大值,色坐标为(0.6309,0.3669)。随着Eu3+含量的逐渐增加,荧光寿命呈现出延长趋势,表明体系内的Eu3+发生了高效的能量传递过程。通过高温固相法合成了Na Cd Bi2(PO4)3:Eu3+红色荧光粉。在391 nm波长激发下,Na Cd Bi2(PO4)3:Eu3+荧光粉的电偶极跃迁强度要明显高于其它跃迁。在Eu3+浓度为1.5%时,荧光粉发光强度最大。荧光粉的色坐标为(0.6185,0.3778),色纯度为86.26%。发生浓度猝灭的临界距离为31.74(?),电多级相互作用主导了体系晶格内Eu3+间的能量传递过程。为了使得Na Ba Bi2(PO4)3:9%Eu3+的发光性能得到进一步的提升,开展了Ca2+,Mg2+和Zn2+对Ba2+的部分取代实验。实验结果证实Ca2+,Mg2+和Zn2+的引入均使Na Ba Bi2(PO4)3:9%Eu3+的发光强度得到了提升,最佳引入量分别为1%,1%和1.5%。对比发现,Ca2+能够最大程度地提升发光强度。热稳定特性研究发现,1%Ca2+,1%Mg2+和1.5%Zn2+取代后荧光粉的激活能分别为0.31 e V,0.467 e V,0.246e V。因此可知荧光粉具备优越的耐热性质,在高功率LED器件方面有相关的应用价值。
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