稀土离子掺杂钼酸盐荧光粉的合成及性能研究

发布时间：2020-09-17 10:42

　　白光LED由于其具有高可靠性,较长的寿命,较低的能耗,绿色环保等独特的性质,被称作是可以取代高频荧光灯(节能灯)的新一代的固态照明光源。目前,实现白光LED的最主要方法就是荧光转换法。随着研究与应用的发展,荧光转换法实现白光LED中主要存在的问题是红色荧光粉的效率低、性能较差,物理化学性质不稳定等缺点,使得白光LED显色指数低,色温较高,阻碍其进一步发展。因此,研究可以被紫外光(UV)或者近紫外光(n-UV)有效激发的具有发光效率高,稳定性好的红色荧光粉是现阶段的研究高效白光LED的重中之重。钼酸盐由于具有较低的合成温度,性能稳定,钼酸根可以有效吸收能量并将能量传递给发光中心等优点,成为一种有发展潜力的荧光粉基体。本论文采用传统的高温固相法制备了三种体系的钼酸盐基红色荧光粉,分别是KGd(Mo O_4)_2,Sr Y_2(Mo O_4)_4和K_5Y(Mo O_4)_4。(1)实验首先通过对制备工艺的探索,确定了KGd(Mo O_4)_2基红色荧光粉最佳的合成温度在800 ~oC和保温时间为3个小时。并研究了激活离子Sm~(3+)的浓度对KGd(Mo O_4)_2:Sm~(3+)红色荧光粉发光性能的关系,以及Sm~(3+)-Bi~(3+)共掺的体系得到的荧光粉结构和发光性能。实验和测试结果表明,当Sm~(3+)掺杂量为0.06时,发光强度最高,性能最佳,最适用于近紫外LED激发,最佳发射峰在646 nm处;共掺入的Bi~(3+)并没有改变KGd(Mo O_4)_2:Sm~(3+)红色荧光粉的激发和发射光谱中峰的形状和位置,但是有效的扩宽和强化在紫外到蓝光区域的激发光谱,并且可以有效提高发光强度。y=0.07是Bi~(3+)的最佳掺杂量,可以使该荧光粉发光强度提高2.4倍。(2)采用高温固相法制备白钨矿结构的高配位钼酸盐基Sr Y_2(Mo O_4)_4红色荧光粉。研究单掺Sm~(3+)时荧光粉的发光性能,并在此基础上引入不同类型的含氧酸根(BO_3~(3-),PO_4~(3-)),实现对荧光粉发光性能改善。实验结果表明,Sr Y_2(Mo O_4)_4:Sm~(3+)红色荧光粉的最佳激发和发射峰分别位于407 nm和648 nm,x=0.05是Sm~(3+)的最佳掺杂量。样品的CIE坐标为(0.600,0.395),呈现出红色发光;通过对其物相结构,微观形貌,官能团测试等分析手段表明,少量含氧酸根的掺杂没有改变基体原本的物相结构,BO_3~(3-)和PO_4~(3-)是以固溶体的形式存在于Sr Y_2(Mo O_4)_4的晶体中,并且会增强样品的结晶度,但是过量的含氧酸盐会使结构发生畸变甚至被破坏。含氧酸根的掺入可以有效提高荧光粉在紫外区域的吸收能力,并且可以大大增强荧光粉的发光强度,其中BO_3~(3-)的最佳掺杂量为0.2,发光强度可以提高约2.29倍;PO_4~(3-)最佳掺杂量为0.15,发光强度可以提高2.56倍,同时也会使得样品的色坐标向红色偏移。(3)使用高温固相法制备了两种稀土离子(Eu~(3+),Sm~(3+))掺杂的K_5Y(Mo O_4)_4红色荧光粉。对于K_5Y(Mo O_4)_4:Eu~(3+)红色荧光粉来说,该荧光粉在395 nm近紫外光和466 nm的蓝光处均有强烈的吸收,说明可以被近紫外LED芯片和蓝光LED芯片有效激发,峰位为612nm处的红光是其最强的发射峰,最佳的掺杂量为x=0.2,CIE坐标是(0.656,0.343)。再次增大Eu~(3+)的掺杂量则会发生浓度猝灭现象,相邻Eu~(3+)之间的电偶极-电偶极相互作用是发生浓度猝灭现象的机理。对于Sm~(3+)掺杂的K_5Y(Mo O_4)_4:x Sm~(3+)红色荧光粉样品,在340 nm到500 nm均有激发峰,其中最强的峰是407 nm的近紫外光。主要发射峰分别位于561 nm,600 nm和646 nm,最佳的掺杂量为x=0.05,继续增加掺杂量则会发生浓度猝灭现象,根据dexter理论分析得知电偶极-电偶极相互作用是该荧光粉的发生浓度猝灭的机理。
【学位单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN104.3
【部分图文】：

煅烧温度,硕士学位论文,卡片,荧光粉

陕西科技大学硕士学位论文度对 KGd(MoO4)2荧光粉的影响在保温 3h 下的具有不同煅烧温度（700oC、 750oC、 950oC， 1000oC）的 KGd(MoO4)2:0.06Sm3 +的KGd(MoO4)2的标准卡片（JCPDS：52-1694）的对比

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900oC、 950oC， 1000oC）的 KGd(MoO4)2:0.06Sm3 +的荧光与 KGd(MoO4)2的标准卡片（JCPDS：52-1694）的对比分-1 不同煅烧温度下的 KGd(MoO4)2:0.06Sm3+的荧光粉样品的 XRD1 XRD patterns of KGd(MoO4)2:0.06Sm3+phosphors for different caltemperatures

煅烧温度

7°左右处的衍射峰随着温度的增加逐渐增强，26°~3，但是所有的衍射峰的位置均与 KGd(MoO4)2的标准oO4)2具有一个较为宽泛的合成温度。是不同煅烧温度下 KGd(MoO4)2:0.06Sm3+荧光粉的图中可以清晰地看到，在 700oC 时制备的荧光粉样规则，表面缺陷多且团聚现象严重，晶粒较小，平当煅烧温度达到 800oC 时，样品晶粒生长完整，表好，平均尺寸为 4 μm。此时 KGd(MoO4)2晶体已经较为完整。900oC 及 1000oC，晶粒变为不规则的图 3-2 (d)中最大晶粒约为 12 μm，最小晶粒约为 2 这可能是煅烧温度过高，导致晶格发生畸变甚至是定最佳的合成温度，对在不同煅烧温度:0.06Sm3 +的荧光粉样品进行发射光谱分析，探究煅系。其结果如图 3-3 所示。

【参考文献】