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紫外激发的单一基质白光荧光粉,或者混合近紫外激发的高亮度的蓝,黄及红光荧光粉是目前获得LED用白光的两种重要手段。为了研究紫外激发的白光LED灯的荧光粉,本论文将讨论Ce3+,Tb3+以及Sm3+共掺的Ca2SiO4荧光粉体系中各种稀土离子的发光性质以及Ce3+-Tb3+,Ce3+-Sm3+还有Tb3+-Sm3+的能量传递性质。而且还将讨论适合近紫外激发的Sr2NaMg2V3O12掺Eu3+,Bi3+的红光荧光粉,研究了其晶体结构、激发和发射性质,取得的主要研究成果如下:
(1)用高温固相法合成了Ce3+,Tb3+,Sm3+单掺、双掺以及三掺的纯相Ca2SiO4样品。其单掺的激发及发射光谱显示,三种离子单掺都能在该体系中有效地发光。铈在该体系中有着主峰位于360 nm处的宽激发带,发射光的波段为380-550 nm主峰位于430 nm,高斯拟合后显示该发射谱由主峰分别位于417和453 nm的两个谱带组成。铽的激发谱由两个分别位于252和286 nm的宽激发带以及一系列位于300-450 nm波段处的线状谱组成,发射谱由主峰位于489,545,590,624 nm处的四个谱线组成。钐的激发谱由位于300-500 nm处的一系列线状谱组成,发射谱最强主峰位于601 nm处。双掺样品主要有Ca2SiO4∶Ce3+,Tb3+和Ca2SiO4∶Ce3+,Sm3+。监测铽的542nm的发射时,能看到铽和铈的三个宽激发带,监测钐601 nm发射时,除了能看到钐405 nm线状激发带外同样也能看到Ce3+的激发。说明在Ca2SiO4中有Ce3+-Tb3+,Ce3+-Sm3+的能量传递发生。对于铈铽共掺样品,在360 nm激发光下,铈的发光一直减弱,而铽的发光先增强后减弱,其最强发射浓度为15%。铈钐共掺时,发光规律与铈铽类似,钐浓度为3%时,钐的发光最强。根据其发射光谱,算出了共掺样品的CIE坐标,铈铽共掺样品的CIE坐标范围为(0.17,0.11)-(0.28,0.35),铈钐共掺样品的变化范围为(0.20,0.10)-(0.24,0.12)。
(2)运用Perrin模型以及基于Inokuti-Hirayama公式,研究了Ca2SiO4体系中Ce3+-Tb3+以Ce3+-Sm3+的能量传递性质。发现,Ce3+-Tb3+能量传递中,基于Ce3+离子荧光衰减与基于Ce3+发光光强随浓度变化趋势所的到的能量传递效率上有显著的数值上的差异,经分析该能量传递类型是属于交换相互作用。研究其能量传递类型应当用基于Perrin模型用Ce3+发光光强趋势的实验数据。Ce3+-Tb3+能量传递效率在铽浓度为25%时达到75%。而在Ce3+-Sm3+的能量传递效率上,基于铈离子发光强度随浓度变化和铈离子荧光衰减数据两种不同方式得到的结果相差不大,计算结果显示其能量传递是由偶极子-偶极子相互作用引起的。
(3)三掺样品Ca2SiO4∶0.05Ce3+,xTb3+,ySm3+(x=0.10-0.20,y=0.001-0.030)在360 nm激发光下的发射光谱显示,钐的掺入不但能在原来铈铽共掺的光谱中加入红光成分,而且还能起到调节铈铽发光强度比例的作用。当监测钐的650 nm发射时可以看到激发光谱中有铈铽钐三者的激发峰,而监测铽的542 nm发射时看不到钐的激发峰,说明三掺样品存在Tb3+向Sm3+的单向能量传递。当铈铽钐的浓度比例为0.05/0.15/0.003时其发射光的CIE坐标为(0.31,0.32),接近标准白光。
(4)合成了纯相的石榴石体系钒酸盐样品Sr2NaMg2V3O12∶Eu3+,Bi3+。研究了其晶体结构,以及其激发发射性质。研究发现,Bi3+的掺入虽会使样品的激发强度降低,但是同样也能增强Eu3+的f-f跃迁。分别在365和394nm两种激发光下对比了我们样品和商用Y2O2S∶Eu3+红光荧光粉的发光强度。比较证明我们的荧光粉在近紫外激发的红光荧光粉领域有着潜在的应用前景。