基于能量传递获取颜色可调型硼酸盐荧光粉及其性能调控

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本文以两种硼酸盐LiBaBO3和Ba2B2O5为基质,分别通过掺杂不同的稀土离子Eu2+、Eu3+、Tb3+、Ce3+、Sm3+、Dy3+,以及过渡金属Mn2+离子,通过高温固相法,合成了多种新型的荧光粉,并详细地研究了合成荧光粉的各种性能。主要的研究内容如下:(1)利用高温固相传统方法,合成了一系列LiBaBO3:RE(RE=Eu2+/Tb3+/Eu3+)荧光粉。通过研究样品的发射光谱、激发光谱,以及寿命衰变曲线等,发现在强还原的气氛下,LiBaBO3:Eu荧光粉表现出Eu2+的蓝绿色光,而在弱还原的气氛下,LiBaBO3:Eu荧光粉中,会出现Eu2+与Eu3+离子共存的现象。而且,在空气中烧结LiBaBO3:Eu,Tb样品时,会出现Tb3+向Eu3+传递能量的现象。而在弱还原条件下,结烧Eu,Tb共掺的LiBaBO3:样品时,出现了Eu2+离子,Eu3+离子与Tb3+离子共存的现象,并且会发生Eu2+-Tb3+-Eu3+离子的能量传递,得到样品的颜色,也从蓝色到红色可调。也就是说,在LiBaBO3基质中,Tb3+离子可以作为能量传递的桥梁,来连接Eu2+离子与Eu3+离子,最终得到颜色可调的荧光粉。研究结果表明,Tb3+离子可以起到为Eu3+离子储存能量的作用,而且LiBaBO3可以作为LED可调颜色的潜在基质。(2)利用高温固相法,合成了一系列单相LiBaBO3:Ce3+,AR(R=Eu2+,Mn2+,Dy3+,Sm3+,Tb3+)以及LiBaBO3:Tb3+,BE(E=Mn2+,Dy3+,Sm3+)荧光粉,并且详细地研究了合成荧光粉的发光性能。通过具体分析得到荧光粉的各种性能,发现在LiBaBO3基质中,Ce3+离子可以与共掺的Eu2+/Mn2+/Dy3+/Sm3+/Tb3+离子,通过偶极-偶极的相互作用,向这些离子传递能量。除此之外,在LiBaBO3基质中,当Tb3+离子与其它离子共掺时,共掺的离子会影响Tb3+离子的激发光谱。最终,通过对样品的色坐标的测定,得到了一系列颜色可调的荧光粉。结果表明,LiBaBO3基质在LED可调颜色的发展上,有着潜在的应用价值。(3)高温固相法,制备了一系列Ce3+/Tb3+/Sm3+掺杂Ba2B2O5基质的荧光粉,并且详细的研究了得到荧光粉的发光特性。在这三种离子单独掺杂在此基质中时,分别表现出蓝色,绿色,以及红色的发光颜色。而当这三种离子中,任何两种离子共掺杂在Ba2B2O5基质中后,Ce3+离子可以向Tb3+离子传递能量,同样Tb3+离子也可以向Sm3+离子传递能量。但是当Ce3+与Sm3+离子共同掺杂在Ba2B2O5基质中,Ce3+离子并不能向Sm3+离子传递能量。而当三种离子同时掺杂在Ba2B2O5基质中以后,Tb3+离子可以作为能量传递的桥梁,来连接Ce3+离子与Sm3+离子。也就是说,在Ba2B2O5基质中,通过Tb3+离子的桥梁作用,实现了三种离子间能量传递的效果,并且最终得到了白色的荧光粉。实验结果表明,Ba2B2O5:Ce,Tb,Sm三掺的白色荧光粉,有应用在白色LED上的潜力。(4)利用高温固相的传统方法,在Ba2B2O5:Ce荧光粉基础上,以Sr/Ca/Mg/Zn部分取代Ba,获得了一系列荧光粉,研究了四类荧光粉的发光特性。通过对发射光谱以及激发光谱的详细分析,发现这一系列阳离子替代荧光粉的最佳激发,都位于360 nm附近,并且随着Ba离子被这四种小半径的离子替代时,发射光谱都先发生了红移,然后又逐渐的蓝移。除此之外,得到的样品色坐标位置,发现随着Ba离子逐渐的被替代成小半径的离子时,样品的颜色发生了很小的改变。因此,通过实验,得到了可以微调样品发射颜色的一种方法。
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