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提高白光发光二极管(light-emitting diode,LED)的发光效率、显色指数和获得全相关色温系列,是将其用作新一代照明光源的重要研究方向。目前,由蓝光氮化镓芯片和黄色荧光粉YAG∶ Ce组成的白光LED占领主流市场,其结构简单,利于批量商业化生产。但是,它是日亚化学公司(Nichia Corporation)拥有的专利;且其白光由蓝黄双色光组成,缺少红光成分,造成色温偏高、显色指数较低的缺陷;此外,驱动电压或电流的变化,以及荧光粉涂覆厚度的不同,均影响白光发光效果。 LED用紫外芯片的出现,为白光LED用荧光粉提供了新的发展空间。因为可被紫外光有效激发的高效荧光体种类繁多,如硅酸盐、稀土硫氧化物、磷酸盐、钒酸盐、硼酸盐、铝酸盐等;同时由于紫外光不可见,紫外激发荧光粉组成的白光LED,其颜色只由荧光粉决定,因此颜色稳定,显色指数高,所以本研究致力于制备一些可被紫外光有效激发的新型荧光粉。硅酸盐荧光粉中的(Ba,Ca)2SiO4∶ Eu2+和(Ba,Ca)2SiO4∶ Ce3+,Li+,已证实具有一定的应用潜力。目前,该荧光粉仅有荧光光谱性能报道,为了进一步研究其激活离子浓度、种类与发射波长之间的关系,本文首次研究激活离子占据基质晶格的具体格位、浓度猝灭机制和Ce、Eu共掺杂时能量传递方式;此外,通过研究助熔剂种类、添加量对Ba1.3Ca0.7SiO4∶ Eu2+荧光粉的影响,以期达到提高荧光粉发光性能的目的。 本研究分为以下四个部分,各部分均采用传统高温固相法制备荧光粉:第一、二部分分别制备Ba1.3Ca0.7SiO4∶ Eu2+和Ba1.3Ca0.7SiO4∶ Ce3+,Li+硅酸盐荧光粉,并研究其发光特性,通过实验测试和理论计算稀土离子占据基质晶体格位及稀土离子浓度猝灭方式;第三部分制备Ba1.3Ca0.7SiO4∶ Ce3+,Li+,Eu2+荧光粉,并研究Ce3+同时作为敏化剂对Ba1.3Ca0.7SiO4∶ Eu2+荧光粉发光性能的影响及Ce3+、Eu2+能量传递方式;第四部分主要研究助熔剂的种类和添加量对荧光粉的晶体结构和发光性能的影响。所获结论如下: 一、采用高温固相法成功制备出Ba1.3Ca0.7-xSiO4∶ xEu2+蓝绿色荧光粉,研究了荧光粉的晶相和发光性能,通过实验测试和理论计算验证激活离子Eu2+离子可能占据基质晶格中配位数(Coordination Number,缩写为CN)为10和12的Ca格位、配位数(CN)为7.5和10的Ba格位;同时,Eu2+最佳名义掺杂量为x=0.010,其激发光谱覆盖了250~450nm宽的区域,峰形平缓;发射光谱为400~600nm范围的单峰宽带,峰值在460nm,其浓度猝灭机制为电偶极-电偶极相互作用。 二、采用高温固相法成功制备出Ba1.3Ca0.7-2ySiO4∶yCe3+,yLi+蓝色荧光粉,研究了荧光粉晶相和发光性能。结果表明,当引入Ce3+并采用Li+作为电荷补偿离子之后,荧光粉晶相没有发生改变;Ce3+可能优先取代基质晶格中配位数(CN)为10和12的Ca格位,而不是Ba格位;同时,Ce3+的最佳名义掺杂量为y=0.010,其激发光谱为覆盖了220~400nm波长范围的双峰;发射光谱为350~550nm范围的单峰宽带,峰值在435nm;其浓度猝灭机制为电偶极—电偶极相互作用。 三、研究了名义组成为Ba1.3Ca0.68-zSiO4∶0.010Ce3+,0.010Li+,zEu2+荧光粉的晶相和发光性能,发现该荧光粉既有Ce3+的特征发射峰,又有Eu2+的特征发射峰;进一步探讨了该荧光粉中Ce3+、Eu2+的能量传递机制为电偶极—电偶极相互作用。 四、 Ba1.3Ca0.69SiO4∶0.010Eu2+(BCS∶0.010Eu)荧光粉的发光强度随着助熔剂种类的不同而发生变化,相同添加量(2wt%)的不同助熔剂对荧光粉发射强度的增强幅度依次为CaCl2> BaCl2> NH4Cl> BaF2;当加入H3BO3助熔剂后,荧光粉的发光强度比在本实验条件下不添加任何助熔剂的荧光粉的发光强度低;所以,对于BCS∶0.010Eu荧光粉,具有最佳效果的助熔剂是CaCl2。综合XRD光谱和荧光光谱分析,对于BCS∶0.010Eu荧光粉,CaCl2作为助熔剂的最佳添加量应为2wt%。