稀土含氧酸盐绿/红色荧光材料的制备及光学性能研究

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稀土草酸盐、磷酸盐和钼酸盐材料因其优越的光学性质,广泛应用于合成白光LED商用荧光粉。由于LED的白光主要是利用红、绿、蓝三种彩色的LED芯片组合实现的,所以本论文以研究显色指数好、颜色再现性强和发光效率高的组成三基色LED芯片的荧光粉为工作重点,通过水热法合成出铽掺杂的草酸钇绿色荧光粉,通过高温固相法成功合成出钐掺杂的磷酸锌锶以及钐铕共掺的碱土钼酸盐的红色荧光粉,并采用一系列表征手段对它们的组成,结构和光学性质作了详细的讨论。其内容以研究开发优良性能的绿色和红色荧光粉为主,主要包括以下三个方面:1、通过水热法合成出一系列不同的表面活性剂、不同的酸性条件的Tb3+掺杂Y2(C2O43绿色荧光粉,并通过XRD、SEM和荧光光谱等测试手段对产物的结构、形貌和荧光性质进行了表征。结果表明,当以柠檬酸为表面活性剂、pH值为1.5时,合成出的立方体的荧光粉有最强的荧光性质。在370 nm激发下,Y2-x(C2O43:xTb3+荧光粉在546 nm处显示出Tb3+离子的5D4→7F5的特征绿色发射。当Tb3+的掺杂浓度为1.4时,荧光粉显示出最强的发射。当激活剂Tb3+离子浓度继续增加,出现荧光强度不升反降的浓度猝灭现象,其猝灭的机理属于四极-四极相互作用。2、采用二次煅烧高温固相法合成了SrZn2(PO42:Sm3+荧光粉。在407nm的监测波长下,荧光粉在601nm处显示出Sm3+离子的4G5/2→6H7/2特征跃迁发射。实验发现,在荧光粉中改变Sm3+的掺杂浓度,其荧光强度先增强后减弱,当Sm3+掺杂浓度为0.02时,该荧光粉的发射强度达到最大。导致这种浓度猝灭现象的原因属于无辐射跃迁中偶极-偶极相互作用。本文引入了碱土金属作为电荷补偿剂去研究其对发光的影响,发现Na+和K+离子的加入提高了荧光粉SrZn2(PO42:Sm3+的发光强度。助溶剂可使Sm3+离子更易进入基质晶格,从而可以提高荧光粉的发光效率,最好的助溶剂为5wt%的NH4F。3、采用二次煅烧高温固相法合成了 MY2(MoO44:Sm3+、MY2(MoO44:Sm3+,Eu3+(M=Ca,Sr和Ba)和CaY2(MoO44:Sm3+,Mn2+荧光粉。通过XRD和固体荧光光谱表征了荧光粉的结构和性能,探讨了荧光粉中Sm3+-Eu3+、Sm3+-Mn2+之间能量转移的过程。在近紫外光(407nm)的激发下,在Sm3+掺杂的Ca,Sr和Ba钼酸盐三体系的荧光粉中,三种荧光粉都在约646 nm处的强烈的红色发射,这归属于Sm3+离子5G5/2→6H9/2跃迁,最佳的Sm3+的掺杂浓度分别为0.5、0.3和0.5;在Sm3+-Eu3+共掺的三体系钼酸盐的荧光粉中,可以观察到随着Eu3+的掺入,Sfm3+离子的最强特征发射峰逐渐减弱了,而Eu3+离子特征发射峰(616 nm处)逐渐增强。在三种荧光粉中都出现Eu3+的特征发射都高于Sm3+的现象,说明Sm3+离子到Eu3+离子有效的能量传递发生了。在Sm3+-Mn2+共掺CaY2(Mo04)4荧光粉中,掺Mn2+离子后,发生从Mn2+到Sm3+的能量转移,从而增强荧光粉的荧光强度。
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