铕激活红色荧光材料的制备与发光性质研究

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本论文共分为三章,第一章为绪论,主要是对本论文研究领域的基础知识以及相关的研究背景做了简要的介绍。第二章和第三章则详细叙述了具体的研究体系,包括Eu3+离子掺杂的Sr2MgMoxW1-xO6和Eu3+/Bi3+共掺的钒酸盐材料的结构和发光性质的研究。   在绪论中,我们首先对研究工作中所涉及的一些基本概念进行了介绍,包括发光的基本原理和稀土离子的能级结构与跃迁等。接着介绍了稀土离子在白光LED照明上的应用前景。之后对论文中所用到的两种样品制备方法,高温固相法和溶胶凝胶法,进行了简单说明。最后我们详细论述了本论文选题的依据和目的,即由于目前商用白光LED红色荧光材料与蓝色和绿色的荧光材料的发光性能有较大的差距,所以我们希望能够找到在近紫外LED芯片激发下可以高效发射红光的材料。   论文的主要研究内容在第二章和第三章中进行了论述,在第二章中我们主要研究了Eu3+离子激活的Sr2MgMoxW1-xO6材料的结构以及发光性质。在第三章中首先对LuVO4基质以及单掺Eu3+离子和Eu3+/Bi3+共掺LuVO4材料的结构进行了表征,并对其激发发射光谱进行了深入研究。之后进一步研究了不同基质阳离子对材料发光特性的影响。主要的研究内容和结论如下:   1.用高温固相法成功地合成了Eu3+掺杂的Sr2MgMoxW1-xO6红色荧光粉。通过测量样品的XRD以及拉曼光谱研究了其结构特征。由于Mo6+和W6+有相近的离子半径和相似的化学性质,因此形成的固溶体Sr2MgMoxW1-xO6具有稳定的结构。通过测量样品的激发光谱,发现样品可以有效的吸收250nm到440nm范围内的激发光,这一波段范围与近紫外白光LED芯片的发射波长能有效地匹配。而且Mo6+离子的浓度不断增加时,样品的激发谱中的激发宽带随之出现红移。对样品的发射谱进行分析得出,不同的W/Mo比例会导致发光强度的变化。当Mo6+离子的浓度为40%时,样品具有最强的发射积分强度。由于在Sr2MgMoxW1-xO6基质中Eu3+离子处于无中心反演对称的晶场环境,所以来自于5D0→7F2的强制电偶极跃迁在发射光谱中占主导,表现为纯正的红光。在380 nm光源激发下,样品Sr1.80Eu0.10Li0.10MgMoxW1-xO6的色度坐标比Y2O2S∶Eu3+更加接近红色荧光粉的推荐坐标值(0.67,0.33)。但是Sr1.80Eu0.10Li0.10MgMo0.4W0.6O6样品的热猝灭很严重。因此我们希望通过进一步研究找到提高材料猝灭温度的方法。   2.用高温固相法制备了Eu3+和Bi3+离子共掺的LuVO4红色荧光材料并对其进行了深入研究。首先通过测量样品的XRD以及拉曼光谱研究了其结构特征。之后对其光谱进行了详细的测量和分析,论述了其中的能量传递过程。实验结果证明掺杂Bi3+离子后,由于Bi3+-V5+电荷迁移态的作用,可以有效地扩展LuVO4的吸收带边,使其从350 nm移动到400 nm,并且能明显增加能量传递效率,使Eu3+离子发射强度增强。与目前广泛应用的商用红色荧光粉Y2O2S∶5%Eu3+相比,在近紫外波段激发时,我们样品的发射积分强度为它的2.5倍。此外,通过测量热猝灭温度,我们发现Lu0.85Eu0.05Bi0.10VO4比Y2O2S∶5%Eu3+具有较高的猝灭温度。因此这种红色荧光材料在近紫外白光LED方面具有潜在的应用价值。之后,我们利用溶胶凝胶法制备了Eu3+和Bi3+离子共掺的LnVO4(Ln=Y, Lu, Sc)粉末,通过对比不同基质中样品的激发光谱,我们发现在Bi3+/Eu3+共掺杂的LnVO4(Ln=Y, Lu, Sc)样品中,激发谱的带边随着基质阳离子Ln3+半径的减小会有一定的红移。
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