【摘 要】
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当前,白光LED的主要获得方式是利用补色原理令蓝光LED芯片激发YAG黄色荧光粉,但因为光谱中缺少红光成分,往往使得呈现出来的白光色温高(CCT>4500 K),显色指数低(Ra<80),限制了LED在室内照明、卖场照明等方向的应用。研究发现,红光的作用不止如此,植物体内的光合色素和光敏色素对红光波段的光有高效的吸收,其中Pfr可吸收700 nm以上的远红光。本论文基于以上背景,探究了Mn4+掺杂
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当前,白光LED的主要获得方式是利用补色原理令蓝光LED芯片激发YAG黄色荧光粉,但因为光谱中缺少红光成分,往往使得呈现出来的白光色温高(CCT>4500 K),显色指数低(Ra<80),限制了LED在室内照明、卖场照明等方向的应用。研究发现,红光的作用不止如此,植物体内的光合色素和光敏色素对红光波段的光有高效的吸收,其中Pfr可吸收700 nm以上的远红光。本论文基于以上背景,探究了Mn4+掺杂的红光发光材料,实验成果如下:(1)重点研究了BaZrGe3O9:Mn4+的制备方法和发光性质,通过分析基质的晶体结构,得出Mn4+在其中取代的是Zr4+,表征激发与发射光谱,确认在294 nm和435 nm处有两个激发峰,435 nm激发下,发射峰位于667 nm的红光区域,这与蓝光LED芯片匹配。实验研究了激活剂Mn4+的浓度对发射强度和发光寿命的影响,判断出最佳掺杂浓度为0.2 mol%,浓度猝灭由电偶极-电偶极相互作用引起。为了探究发光材料的热稳定性,测试了从低温80 K-高温550 K温度变化范围内的发射光谱和发光寿命,结果可得,在低温下发光材料发射强度更大,随着温度升高,发光寿命和发射强度减小。活化能为0.473 e V,色纯度高达97.4%,在暖白光LED中有较大的应用前景。(2)固相法制备Ba2MgWO6:Mn4+红光发光材料,在250-600 nm的范围内存在着4个特征激发峰,340 nm激发下呈现出不对称窄带红光发射,发射峰位于720 nm,该波段的光是适宜植物光敏色素Pfr吸收的远红光,证明了此发光材料在植物照明应用方面很有潜力。在Mn4+浓度到达0.5 mol%时,发射强度最强,随着Mn4+浓度的增加,发射强度减小,发光寿命却没有明显变化。实验证实电荷补偿剂K+的加入使发光得到了明显的增强,且发光寿命随着Mn4+浓度的增加有规律的减小。确定了最佳的掺杂浓度为Ba2MgWO6:0.5 mol%Mn4+,10 mol%K+,在此基础上探究样品的热稳定性,随温度升高,发光材料的发射强度和发光寿命都在减小。(3)探究了Mn掺杂发光材料的价态问题,因Mn4+在氟氧化物基质中有着优越的发光性能,实验制备了氟氧化物K2Nb O3F,该材料有着适宜Mn存在的晶体场环境,实验发现即使有合适的六配位环境,Mn依旧很难形成Mn4+,进一步探索发现Mn4+存在着很强的自还原性,容易自发的形成Mn2+。而Mn2+受到晶体场环境的影响,呈现出从绿色到橙红色的发光,总结实验结果,给出何种情况下会导致Mn4+掺杂发光材料实验的失败。
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