Mn 4+ 掺杂发光材料的合成，结构和性能表征
发布时间：2021-11-27 18:27
随着时代的发展,白光二极管（WLED）因其具有卓越的性能而受到人们的广泛应用。而荧光粉正是白光二极管的重要组成部分。在第三章中,运用高温固相法,成功的合成了红光荧光粉Ca2AlNbO6:Mn4+(CAN:Mn4+)。这种材料可被紫外光激发是因为在其漫反射和激发图谱中分别具有320和355nm的吸收带。在355 nm波长的紫外光的激发下,这种材料的发射谱在712 nm处出现了一个尖锐的发射峰,从而认为这种材料可发红光。最后,将其与黄光荧光粉(YAG:Ce3+)混合涂覆于蓝光LED芯片上,以制成器件。通过对这种器件的分析,证实了这种材料可以改善现有WLED中缺乏红光组分的问题。红光荧光粉的加入确实可改善现代商用WLED中缺少红光组分的问题,但不同种类的发光材料之间可能存在光谱重叠的问题,降低了WLED的发光效率。因此,一种在紫外芯片激发下发暖白光的材料将完美的解决上述问题。在第四章中,运用溶剂热法获得了白光荧光粉Tb3Al5O1...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mn4+的电子组态的Tanabe.Sugano能级图
上海应用技术大学硕士学位论文第9页图2.1CAN的晶体结构,并且提供了[AlO6]/[NbO6]八面体的配位环境Fig.2.1ThecrystalstructureofCAN,andthecoordinationenvironmentofthe[AlO6]/[NbO6]octahedronswasalsoprovided通过前面的讨论，我们得知，CAN中具有激活离子Mn4+所需的八面体晶格，可以为Mn4+离子提供良好的配位环境。稳定的格位，严格的格位约束，使得激活离子Mn4+在CAN基质中可以保持价态稳定，不易发生价态变化，并且有望获得高的量子产率。同时这种材料还自带稳定的光学、热学、化学等晶体结构，是作为过渡金属Mn4+理想的掺杂基质材料。Mn4+离子的半径比较小，只有0.53，当其作为掺杂离子进入到CAN晶格中时，对CAN的晶体结构不会带来明显的畸变或者扭曲，可以保持稳定的单胞结构。同时由于Mn4+和Al3+离子的半径(r)和配位数(CN)相近(Mn4+：r=0.53,CN=6;Al3+：r=0.54,CN=6)，所以当Mn4+掺杂进入到CAN基质中时，相比于CAN体系中的Ca2+,Nb5+离子，CAN中的Al3+具有更大被Mn4+取代的可能性[31,32]。根据以往的报道，早在2000年，T.A.Vanderah[32]等人运用高温固相法，成功的合成了稳定的单晶材料CAN，并利用X.射线衍射仪等测试手段确认了其单晶结果、单胞参数，从而认为这种材料属于双层钙钛矿结构。在2011年，C.C.Zhao[31]等人发表了一篇名为作为白光LED使用的Eu2+掺杂的CAN的新型红光荧光粉的文章。他们运用高温固相法成功的实现了样品的合成。运用荧光光谱仪等测试手段表征了样品的荧光性能，通过认真的研究所测试出来的荧光光谱，确认这种材料在紫外光的激发下可以稳定的发射红光。在这里，我们选用的激活离子是过渡金属Mn4+，基质是CAN双层钙钛矿结构材料。通过上述的分析，Mn4+离子是可以成功的进入到CAN基质中，并且可以在紫外光的激发下保
第10页上海应用技术大学硕士学位论文裂韧性，同时，还具有良好的化学和光化学稳定性、高的熔点和辐射转换效率，是因为其独特的晶体结构[33.35]。在单胞中同时存在稀土、Al3+离子格位，易于实现稀土、过渡离子掺杂，因此具有较为丰富的功能特性。TAG晶体结构见图2.2。图2.2TAG的单晶结构Fig.2.2ThecrystalstructuralofTAG铽铝石榴石(TAG)的空间群为On10-Ia3d,铽铝石榴石晶格常数分别为a=b=c=12.0000和V=1728.00(8)3,属于立方晶系。铽铝石榴石的结构式又可写为L3B2(AO4)3,L、A、B分别代表三种格位。单位晶胞中含有8个TAG分子,共24个Tb3+、40个Al3+和96个O2-。其中:Tb3+均处于由8个O2-配位的十二面体的L格位中,40个Al3+中，16个Al3+各处于由6个O2-配位的八面体的B格位,其余24个Al3+处于由4个O2-配位的四面体的A格位。八面体的Al3+形成体心立方结构,四面体的与八面体中的Al3+离子位于立方体的面等分线上,八面体和四面体均是变形的。因此铽铝石榴石(TAG)的空间结构可以认为是由一些互相连接着的四面体与八面体构成的,四面体和八面体的顶点都是O2-,其中心均为Al3+,四面体和八面体连接起来形成较大的空隙,这些空隙形成畸变的立方体,Tb3+占据着此立方体的中心[36,37]。铽铝石榴石(TAG)具有八面体晶格，能给激活离子Mn4+提供良好的晶体场环境，同时还具有优异的光学、热学、机械性能和化学稳定性，是理想的掺杂基质。Mn4+半径较小，掺入到铽铝石榴石(TAG)晶体中时，不会引起大的晶格畸变，能
【参考文献】：
博士论文
[1]锰（4+,2+）及铕（2+）离子激活的一些含氧酸盐发光材料的性能研究及其在w-LED中应用[D]. 梁思思.中国科学技术大学 2019
[2]锰掺杂近红外发光材料的设计合成及光谱性能研究[D]. 张晓闻.华南理工大学 2017
[3]稀土、过渡金属元素掺杂的钇铝石榴石材料的制备与发光性质研究[D]. 牟中飞.广东工业大学 2011
本文编号：3522820
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：50 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mn4+的电子组态的Tanabe.Sugano能级图
上海应用技术大学硕士学位论文第9页图2.1CAN的晶体结构,并且提供了[AlO6]/[NbO6]八面体的配位环境Fig.2.1ThecrystalstructureofCAN,andthecoordinationenvironmentofthe[AlO6]/[NbO6]octahedronswasalsoprovided通过前面的讨论，我们得知，CAN中具有激活离子Mn4+所需的八面体晶格，可以为Mn4+离子提供良好的配位环境。稳定的格位，严格的格位约束，使得激活离子Mn4+在CAN基质中可以保持价态稳定，不易发生价态变化，并且有望获得高的量子产率。同时这种材料还自带稳定的光学、热学、化学等晶体结构，是作为过渡金属Mn4+理想的掺杂基质材料。Mn4+离子的半径比较小，只有0.53，当其作为掺杂离子进入到CAN晶格中时，对CAN的晶体结构不会带来明显的畸变或者扭曲，可以保持稳定的单胞结构。同时由于Mn4+和Al3+离子的半径(r)和配位数(CN)相近(Mn4+：r=0.53,CN=6;Al3+：r=0.54,CN=6)，所以当Mn4+掺杂进入到CAN基质中时，相比于CAN体系中的Ca2+,Nb5+离子，CAN中的Al3+具有更大被Mn4+取代的可能性[31,32]。根据以往的报道，早在2000年，T.A.Vanderah[32]等人运用高温固相法，成功的合成了稳定的单晶材料CAN，并利用X.射线衍射仪等测试手段确认了其单晶结果、单胞参数，从而认为这种材料属于双层钙钛矿结构。在2011年，C.C.Zhao[31]等人发表了一篇名为作为白光LED使用的Eu2+掺杂的CAN的新型红光荧光粉的文章。他们运用高温固相法成功的实现了样品的合成。运用荧光光谱仪等测试手段表征了样品的荧光性能，通过认真的研究所测试出来的荧光光谱，确认这种材料在紫外光的激发下可以稳定的发射红光。在这里，我们选用的激活离子是过渡金属Mn4+，基质是CAN双层钙钛矿结构材料。通过上述的分析，Mn4+离子是可以成功的进入到CAN基质中，并且可以在紫外光的激发下保
第10页上海应用技术大学硕士学位论文裂韧性，同时，还具有良好的化学和光化学稳定性、高的熔点和辐射转换效率，是因为其独特的晶体结构[33.35]。在单胞中同时存在稀土、Al3+离子格位，易于实现稀土、过渡离子掺杂，因此具有较为丰富的功能特性。TAG晶体结构见图2.2。图2.2TAG的单晶结构Fig.2.2ThecrystalstructuralofTAG铽铝石榴石(TAG)的空间群为On10-Ia3d,铽铝石榴石晶格常数分别为a=b=c=12.0000和V=1728.00(8)3,属于立方晶系。铽铝石榴石的结构式又可写为L3B2(AO4)3,L、A、B分别代表三种格位。单位晶胞中含有8个TAG分子,共24个Tb3+、40个Al3+和96个O2-。其中:Tb3+均处于由8个O2-配位的十二面体的L格位中,40个Al3+中，16个Al3+各处于由6个O2-配位的八面体的B格位,其余24个Al3+处于由4个O2-配位的四面体的A格位。八面体的Al3+形成体心立方结构,四面体的与八面体中的Al3+离子位于立方体的面等分线上,八面体和四面体均是变形的。因此铽铝石榴石(TAG)的空间结构可以认为是由一些互相连接着的四面体与八面体构成的,四面体和八面体的顶点都是O2-,其中心均为Al3+,四面体和八面体连接起来形成较大的空隙,这些空隙形成畸变的立方体,Tb3+占据着此立方体的中心[36,37]。铽铝石榴石(TAG)具有八面体晶格，能给激活离子Mn4+提供良好的晶体场环境，同时还具有优异的光学、热学、机械性能和化学稳定性，是理想的掺杂基质。Mn4+半径较小，掺入到铽铝石榴石(TAG)晶体中时，不会引起大的晶格畸变，能
【参考文献】：
博士论文
[1]锰（4+,2+）及铕（2+）离子激活的一些含氧酸盐发光材料的性能研究及其在w-LED中应用[D]. 梁思思.中国科学技术大学 2019
[2]锰掺杂近红外发光材料的设计合成及光谱性能研究[D]. 张晓闻.华南理工大学 2017
[3]稀土、过渡金属元素掺杂的钇铝石榴石材料的制备与发光性质研究[D]. 牟中飞.广东工业大学 2011
本文编号：3522820
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