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本论文由两部分组成：第一部分,也就是论文的主要部分,研究了Tb3+/Yb3+、Tm3+/Yb3+和Pr3+/Yb3+掺杂氧化物的量子裁剪现象,并讨论了施主离子和受主离子间的能量传递过程；第二部分,研究了Ce3+/Dy3+掺杂GdAl3(BO3)4白光LED荧光粉的光谱性质和Ce3+离子对Dy3+离子发光的敏化作用,以及Yb3+-Tb3+、Yb3+/Eu3+、Nd3+-Yb3+-Tb3+掺杂GdAl3(BO3)4的上转换发光性质及其发光机理。
在第一部分中我们首先回顾了量子裁剪发光材料的研究现状及应用前景,其中我们主要讨论了可用于提高Si基太阳能电池光电转换效率的红外量子裁剪发光材料。目前只在很少的发光材料如:Tb3+/Yb3+掺杂YPO4和一些Tm3+/Yb3+掺杂发光材料中发现红外量子裁剪现象,但是他们的红外发光都比较弱并且没有考虑浓度猝灭效应对量子裁剪效应的影响。我们在GdAl3(BO3)4、GdBO3、Y3Al5O12中研究了Tb3+/Yb3+、Tm3+/Yb3+和Pr3+/Yb3+离子对之间的量子裁剪现象,并计算了其量子裁剪过程所对应的量子效率。
在第三章中,首先我们介绍了一些荧光粉的制备方法,并用XRD、SEM、TEM等分析了我们合成的稀土掺杂GdAl3(BO3)4、GdBO3、YaAl5O12量子裁剪发光材料的组成成分和形貌。发现利用燃烧法在较低的温度下就能制备出纯的GdAl3(BO3)4、GdBO3和Y3Al5O12纳米级多晶粉末。
随后我们在分别观察了Tb3+/Yb3+、Tm3+/Yb3+和Pr3+/Yb3+在上述几种材料中的量子裁剪发光现象。在485nm(Tb3+:7F6→5D4)激发下,Tb3+/Yb3+掺杂GdAl3(BO3)4发光材料的发光由可见光区Tb3+:5D4→7F┘(J=5,4,3,2,1,0)跃迁的发光和红外光区Yb3+：2F5/2→2F7/2跃迁所对应的发光组成,说明Tb3+-Yb3+间存在着量子裁剪能量传递。并且Tb3+离子的发光强度随Yb3+离子浓度的增加而减小,Yb3+离子的发光强度随Yb3+浓度的增加先增大后减小,在Yb3+浓度为50％的时候达到最佳量子效率为191.7％。Yb3+/Tb3+离子对掺杂GdBO3和Y3Al5O12发光材料在可见光486 nm激发下,其发射光谱为可见光区Tb3+的发光和红外光区Yb3+的发光,Yb3+离子的最佳掺杂浓度均为10％,其相应的量子效率分别为181.7％和176％。同样,在Tm3+/Yb3+和Pr3+/Yb3+掺杂GdAl3(BO3)4和Y3Al5O12发光材料中也存在着高效量子裁剪能量传递过程。
在第二部分,首先我们讨论了Ce3+/Dy3+掺杂GdAl3(BO3)4白光LED荧光粉的光谱性质和Ce3+离子对Dy+离子发光的敏化。当我们在GdAl3(BO3)4:Dy中共掺进Ce3+离子的时候,Gd0.9Al3(Bo3)4:Dy0.03,Ce0.07中Dy3+离子发光强度(λex=328nm)大约是Gd0.97A13(BO3)4:Dy0.03(λex=374nm)中的3倍。同时,共掺入的Ce3+离子对Dy3+离子在可见光区发光的黄蓝积分比有很大的调节作用,Dy3+离子在可见光区发光的黄蓝积分比由单掺时候的1.70变为1.18左右,发出几乎纯白光,其色坐标为(x=0.3003,y=0.3181),同时它的色温为6483K接近于太阳光的色温。随后,我们又研究了Yb3+-Tb3+、Yb3+-Eu3+和Nd3+-Yb3+-Tb3+掺杂GdAl3(BO3)4的上转化发光材料的发光现象。发现Yb3+-Tb3+和Yb3+-Eu3+掺杂GdAl3(BO3)4发光材料在980nm激光二极管的激发下、Nd3+-Yb3+-Tb3+掺杂GdAl3(BO3)4发光材料在808nm激光二极管的激发下都会在可见光区发出很强的上转换发光。根据其上转换发光强度与激光二极管抽运功率之间是平方的关系和稀土离子能级图分析,这些近红外激发下的上转换发光都是合作上转换过程。