碱(土)金属对Eu3+:Dy3+:Y2O3纳米荧光粉白光发射影响的研究

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稀土掺杂功能材料在超导、永磁材料等领域有着广泛的应用,在光学领域,如白光LED和激光器等,同样也有着重要应用价值。因此深入研究稀土发光材料的工艺优化、发光机理分析等,有着重要的意义。本文的主要内容有:首先,采用高温固相反应法分别制备了单掺或共掺的Eu3+:Dy3+:Y2O3系列和Eu3+:Dy3+:XyY(2-y)O3(X=Li+,Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Sr2+)系列的纳米荧光粉,优化了工艺过程和参数。XRD测量结果显示,不管掺入稀土离子还是碱(土)金属离子,两个系列荧光粉的主要衍射峰与Y2O3晶体的标准卡片相一致,表明少量的掺杂不会给纳米荧光粉晶体结构带来明显的影响。SEM观测结果表明所有荧光粉的颗粒均匀,平均尺寸为40-50 nm。其次,系统地测量Eu3+:Dy3+:Y2O3单掺和共掺纳米荧光粉的激发谱和发射谱,计算和分析了 CIE坐标和色温等白光特性。在330 nm激发下,Dy3+:Y2O3纳米荧光粉发射出强的410 nm紫光,488 nm蓝光和573 nm绿光,而Eu3+:Dy3+:Y2O3还存在着强的612 nm红光发射。1.0Eu3+:1.0Dy3+:Y2O3纳米荧光粉的CIE值为(0.32,0.33),色温为5129K,表明铕镝共掺氧化钇纳米粉末是一种理想的白光LED荧光粉材料。进一步讨论了掺镝浓度、铕镝浓度比对光致发光特性的影响,优化掺镝浓度为1.0mol%、铕镝浓度比1:1。同时分析了Eu3+:Dy3+:Y2O3单掺和共掺纳米荧光粉的光致发光机理,特别是铕镝之间的能量传递过程。进一步讨论了烧结温度对光致发光特性的影响并优化工艺和参数。最后,详细分析了碱(土)金属离子对Eu3+:Dy3+:Y2O3纳米荧光粉光致发光特性的影响。当监测波长为612nm,Na+,Mg2+和Sr2+三种金属离子的掺入对铕镝共掺氧化钇荧光粉的激发谱有所增强,其中碱金属Na+的影响最为显著,意味着共掺钠离子后,Eu3+:Dy3+:Y2O3纳米荧光粉的红光发射会明显改善;优化的钠离子掺杂浓度为15 mol%。而共掺锶离子后,铕镝共掺荧光粉在330 nm的激发峰明显增强,预示着Sr2+离子掺入会对荧光粉白光发射强度的提升有着十分积极的作用。掺锶浓度为8 mol%时,Eu3+:Dy3+:XyY(2-y)O 荧光粉的白光发射最为理想,CIE坐标为(0.33,0.32),色温是6220 K。原因在于锶离子起到了阻碍4F9/2能级上镝离子向铕离子5D0能级能量传递的作用,等效增强了镝离子在蓝、绿光波段的光致发光强度,也改善了 Eu3+:Dy3+:Y2O3纳米荧光粉的白光发射特性。
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