Eu2+掺杂几种氧化物发光材料制备及在白光LED和信息存储的应用

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稀土离子掺杂无机荧光材料,由于其优异的光学性能,例如:发光效率高,化学性能稳定,光谱可调,环境友好等受到学者们广泛研究。而作为最常用的激活剂—二价铕离子,它具有丰富的5d-4f能级跃迁,在不同的晶格场中,其发射颜色可以从近紫外光调节到近红外光。基于铕离子优良光学性能,本论文合成了一系列基于铕离子掺杂白光LED(w LED)用荧光材料、长余辉材料和光激励长余辉发光材料。通过XRD探究了合成样品相结构,采用稳态光谱、漫反射光谱、高温光谱、荧光寿命、热释光曲线,光致发光等手段表征材料的发光和热稳定特性,并探索了所制备材料在有关方面的应用前景。主要研究成果总结如下:(1)基于Won Bin Im课题组报道的零热猝灭、高量子效率、蓝光发射Na3Sc2(PO43:Eu2+荧光材料,我们采用Eu2+→Tb3+,Eu2+→Mn2+能量传递方式在Na3Sc2(PO43基质中实现了单相全波段发射。通过合理调整Eu2+/Tb3+/Mn2+离子的掺杂比例,发射颜色可以从蓝色调到绿色/红色/白色。与此同时,Na3Sc2(PO43:Eu2+/Tb3+/Mn2+的稳态光谱,寿命衰减曲线和能量传递效率表明Eu2+与Tb3+/Mn2+离子之间的浓度淬灭机制为是偶极子-偶极子相互作用。值得注意的是,Na3Sc2(PO43:Eu2+/Tb3+/Mn2+发射光谱在150℃时仍表现为零热猝灭,在200℃时也只有20%的发射强度损失,并且在150℃量子效率可以达到87.8%(200℃—76.8%)。此外,在20—300℃温度范围内,Na3Sc2(PO43:Eu2+/Tb3+/Mn2+的色度坐标始终保持稳定。最后,利用365nm近紫外芯片激发Na3Sc2(PO43:Eu2+/Tb3+/Mn2荧光粉制备了色温为4740.4K,显色指数80.9白光LED,这一结果表明Na3Sc2(PO43:Eu2+/Tb3+/Mn2+在近紫外芯片激发w LED应用方面具有一定的应用前景。(2)采用传统高温固相法合成了一种在Na3Sc2-xAlx(PO43-y(BO3y基质中通过单掺Eu2+实现发射波长大范围调控的荧光材料。通过研究发现这主要源于Al3+和(BO33-等效取代Sc3+和(PO43-导致导致邻近Na-O多面体的局部环境发生显著畸变,从而使Eu2+在三种Na离子格位上的占据都存在,导致Na3Sc2-xAlx(PO43-y(BO3y:Eu2+荧光材料的激发光谱和发射光谱产生变化。利用阳离子和阴离子的等效替代,在Na3Sc2(PO43基质中实现了除Eu2+占据Na1格点外,还可以占据Na2和Na3格点,为基于单掺杂单相方法设计全彩色发射荧光粉提供了新思路。(3)首次通过将Eu2+、Dy3+、Tm3+和HO3+简单地掺杂入到Ba2Si O4基质中,成功地进开发了一种基于长余辉材料具有多维陷阱的多能级光信息存储材料。通过有意引入Ho3+、Dy3+和Tm3+掺杂离子,实现了三种陷阱宽度和深度分别为0.073、0.088和0.107e V的窄陷阱和0.72、0.84和1.02e V的深离散能级分布。在热辐射作用下,可以将不同的信息光学存储在不同陷阱的柔性荧光粉中,然后通过热辐射或者光激励方式逐级寻址。并且长期再循环的写入和读出测试结果,表明此种柔性材料具有良好的数据保留能力和高疲劳抗性。本文的研究结果将为人们设计和调控多维陷阱提供启示,为研究新的可擦除的多级光信息存储/高安全防伪材料提供方法借鉴。
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