新型锗酸盐系荧光粉发光件能以及缺陷态结构的研究
本文选题：LED 切入点：锗酸盐 出处：《昆明理工大学》2016年硕士论文
【摘要】：商用LED用荧光材料多采用铝酸盐、硅酸盐、硫化物等作为发光材料基质,然而铝酸盐合成温度较高,硅酸盐的热稳定性和耐湿潮性能差,而硫化物稳定性差等缺点,导致其荧光材料寿命较短。因此开发性能优异的荧光材料基质对于LED的生产应用有着重要的实际意义。本工作中,选用合成温度较低、稳定性好的锗酸盐作为荧光粉基质进行研究。此外在荧光粉制备过程中,缺陷的存在会影响荧光粉的光致发光性能,因此缺陷态的改善也将有利于材料光致发光特性的改进。另一方面,考虑到缺陷中心是长余辉发光过程中重要的组成部分,通过研究长余辉材料的缺陷态结构可进一步了解长余辉材料的发光机理,这对研究和设计长余辉材料是非常有必要的。调研发现在锗酸盐体系中,由于该体系材料基质存在自激发长余辉现象,这是源于基质的本征缺陷在发光过程中不仅作为了发光中心同时也作为陷阱中心,从而实现了自激发长余辉发光。因此选用这种具有自激发性能的锗酸盐基质,研究其缺陷态结构。这一部分工作不仅有利于对其光致发光特性进行优化,还有利于简化长余辉结构模型,从而开展长余辉机理的研究,明确长余辉机理和缺陷态结构的关系。综上所述,研究荧光粉基质中存在的缺陷态对改善光致发光以及探讨长余辉发光机理具有显著的意义。本论文主要探索了新型锗酸盐荧光粉的光致发光特性、长余辉发光特性、缺陷态结构等。本论文的创新点：选择具有自激发特性的锗酸盐体系,探讨了该体系中的光致发光过程及电子俘获过程,着重探索了缺陷态对于荧光材料在光致发光、长余辉以及光激励过程中的重要作用。主要研究结论是如下几点：1.新型锗酸盐体系材料的开发：SrGeO3和Ca2Ge7O16锗酸材料。采用高温固相法合成了锗酸盐荧光材料SrGeO3.Ca2Ge7O16.在这两种锗酸盐材料中掺杂了稀土离子Eu3+,制备得到了红色荧光材料SrGeO3:Eu3+、Ca2Ge7O16:Eu3+。并通过引入电荷补偿剂以及Sm3+-Eu3+之间的能量传递两种方法对红色荧光粉发光特性进行了优化。此外,实验发现了在Ca2Ge7O16:Sm3+样品中存在明显的红色长余辉现象,而长余辉的出现导致拖尾现象,这对LED成像过程是不利的。当引入Eu3+离子后,长余辉现象消失,对Sm3+,Eu3+掺杂的Ca2Ge7O16样品的缺陷态结构进行了研究。2.研究了具有自激发特性的锗酸盐荧光粉Ca2Ge7O16和Na2ZnGeO4的缺陷态结构。在Ca2Ge7O16基质材料中,研究表明在自激发Ca2Ge7O16基质中存在两个陷阱中心,分别是氧空位和钙空位。氧空位和钙空位不仅可以作为发光中心,也可以作为陷阱中心对其基质的自激发性能有贡献。在该材料中引入稀土离子Sm3+,实现了Ca2Ge7O16基质与Sm3+离子之间的能量传递从而制备得到了红色长余辉材料。探索了自激发锗酸盐材料Na2ZnGeO4的缺陷态结构,研究结果发现Na2ZnGeO4自激发特性主要来自于本征缺陷锌空位。锌空位不仅作为激发态能级实现光致发光过程,同时还可以作为陷阱中心捕获载流子实现自激发长余辉发光。这部份工作对设计长余辉材料以及长余辉材料改性来说是非常有意义的。在Na2ZnGeO4基质中掺杂发光中心离子：Tb3+/Mn2+离子,实现了Na2ZnGeO4基质到发光中心离子之间的能量传递过程,最终实现了长余辉颜色由蓝光向绿光转变。通过基质到发光中心实现能量传递以及长余辉颜色可调的方法,可以简化对长余辉材料的制备过程,同时可以降低荧光材料的制备成本。3.进一步简化长余辉机理模型。由于具有低维结构的基质材料可以提供一种可以贯穿整个晶格的一维隧道,一方面可以促进载流子之间的运输过程,另一方面有利于缺陷之间的相互作用以及缺陷与载流子之间的运输过程。主要研究了低维链状结构SrGa2O4的发光特性,实验过程中发现SrGa2O4基质同样具有自激发特性,这是由于Ga3+离子在该结构中作为了发光中心。通过在该材料中掺入金属离子Bi3+,实现了基质到Bi3+的能量传递,最终制备得到了高亮度的电子俘获材料。本工作主要从三个光学应用上对其进行了研究和分析,结果显示SrGa2O4:Bi3+表现出了优良的发光性能,它不仅可以用于LED用黄色荧光粉,长余辉发光材料,还可以应用于光学存储材料。
[Abstract]:In this paper , it is very necessary to study the photoluminescence character , long afterglow luminous characteristic , defect state structure and so on . The process of energy transfer between Ca2Ge7O16 substrate and Sm3 + ions is studied .
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ422;TN312.8
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本文编号：1697332
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