几种白光LED用新型稀土发光材料的制备及性质研究

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稀土离子由于具有丰富的能级结构,其光学性质一直受到广泛的研究。近年来随着新型固态光源白光LED的兴起,作为荧光转换型白光LED重要组成之一的发光材料成为新一轮的研究热点。发光材料的性质对器件的显色性、色温及稳定性等方面有直接影响,而目前能够适用于紫外光或蓝光LED半导体芯片激发的满足商用的发光材料相对较少。因此,研究可以与紫外/蓝光LED芯片相匹配的、高效新颖的发光材料具有重要的理论和现实意义。本论文主要是采用高温固相法合成了一系列新型发光材料,对它们的发光性质、能量传递和色度学性质进行了详细的分析研究,主要可以分为以下几个方面:  1.合成了离子掺杂的具有氟磷灰石结构的Ba3LaNa(PO4)3F∶Eu2+,Tb3+以及Sr3GdNa(PO4)3F∶Eu2+,Mn2+发光材料。两种基质中单掺Eu2+离子均可以被近紫外光有效激发,并产生强烈的蓝光发射。通过调控Ba3LaNa(PO4)3F∶Eu2+,Tb3+中Eu2+与Tb3+离子的比例,实现了由蓝光到绿光的颜色可调发射。而通过调节Sr3GdNa(PO4)3F∶Eu2+,Mn2+中Eu2+与Mn2+的比例,实现了由蓝到白再到黄光的可调发射。量子效率及热稳定性研究表明合成的这两种发光材料在实现白光LED方面均有较大的潜在应用价值。  2.首次对Ce3+、Tb3+和Eu2+掺杂的Ca2NaSiO4F发光材料的结构和性质进行了研究。该材料具有硅酸三钙石结构,Ca2NaSiO4F∶Eu2+可以被近紫外光有效激发产生主峰位于530 nm的绿光发射。Ca2NaSiO4F∶Ce3+发光材料可以被紫外光有效激发产生蓝光发射,通过共同掺杂Tb3+离子并调控二者的比例可以实现发光颜色由蓝到绿的可调变化。此外,根据Dexter能量传递机理及I-H模型,对Ce3+和Tb3+离子之间的能量传递机理进行了研究。  3.制备并研究了Eu3+/Tb3+/Tm3+掺杂的Ca3Bi(PO4)3发光材料。通过Rietveld结构精修,对发光材料的结构进行了分析。对Ca3Bi(PO4)3∶Eu3+发光材料在298 K和4.3 K下的光谱性质进行了比较并对二者之间的差别给出了相应的解释模型。在350 nm的紫外光激发下,三种稀土离子共掺的发光材料可以实现白光发射,显示了其在WLEDs中的潜在应用价值。  4.首次合成了钾镁钒结构的磷酸盐KSrSc2(PO4)3∶Ce3+/Tb3+/Eu2+及KBaSc2(PO4)3∶Ce3+/Tb3+/Eu2+发光材料。该材料具有合成条件简单、物理化学性质稳定的优点。利用Rietveld方法对它们的结构进行了精修,研究了它们的发光性质,观察到Ce3+→Tb3+和Eu2+→Tb3+能量传递现象,发现Ce3+和Tb3+掺杂的样品具有较高的量子效率。  5.首次合成了一种新型紫外激发的单一基质白光发光材料Ca2SrAl2O6∶Ce3+,Mn2+,Li+。在紫外光的激发下,该发光材料的发射光谱由主峰位于470 nm的蓝绿光以及610 nm的红光组成。利用Dexter能量传递机理,证实了发光材料中Eu2+和Mn2+离子之间的作用机理为电偶极-电四极相互作用,此外,利用光谱重叠法计算了掺杂离子之间的临界距离。
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