稀土掺杂同质多晶体发光材料的发光性能研究

发布时间：2020-06-01 00:40

【摘要】：稀土掺杂发光材料在显示、照明和检测等领域具有广泛的应用,材料的发光性能与发光基质的组成成分和晶体结构密切相关。同质多晶体,即具有相同的化学组成而晶体结构不同的化合物,可以为稀土离子提供不同的局域占位环境,从而导致不同晶型的同质多晶体发光材料具有不同的发光性能。本学位论文选取Ca_3(PO_4)_2、Na_2Ca_4(PO_4)_2SiO_4、LiZr_2(PO_4)_3三种同质多晶体作为发光基质,通过精细控制发光基质的晶型合成Eu~(2+)掺杂的同质多晶体发光材料,研究Eu~(2+)离子在组分相同(近)、而晶体结构不同的同质多晶发光基质中的发光性质及其差异,讨论发光材料的发光性能和基质结构的关系。获得的主要成果如下:(一)选取Ca_3(PO_4)_2同质多晶体作为发光基质,通过控制高温固相反应的温度,合成了Eu~(2+)掺杂的β/α″-Ca_3(PO_4)_2荧光粉材料。分别研究了不同Eu~(2+)激活剂浓度和Sr~(2+)固溶浓度对α″-Ca_3(PO_4)_2:Eu~(2+)和β-Ca_3(PO_4)_2:Eu~(2+)荧光粉中Eu~(2+)激活剂在基质中占据格位和发光性能的影响。在β-Ca_3(PO_4)_2:Eu~(2+)荧光粉,Eu~(2+)主要占据基质的Ca(4)格位,而在α″-Ca_3(PO_4)_2:Eu~(2+)荧光粉中,随着激活剂Eu~(2+)浓度不断增加,发射光谱出现红移现象。当基质中固溶Sr~(2+)时,Sr~(2+)会把Eu~(2+)从Ca(4)排挤到Ca(1)和Ca(2),使发光中心红移。(二)选取Na_2Ca_4(PO_4)_2SiO_4同质多晶体作为发光基质,通过控制助溶剂B_2O_3的添加合成了Eu~(2+)掺杂的ɑ/β-Na_2Ca_4(PO_4)_2SiO_4荧光粉材料。在固定Eu~(2+)激活剂浓度下,分别研究了温度和助溶剂B_2O_3浓度对Na_2Ca_4(PO_4)_2SiO_4荧光粉材料的晶型和发光性能的影响。温度变化(1200-1300℃)没有引起基质晶型结构的改变。通过调控助溶剂B_2O_3的浓度,使基质由ɑ/β混合相转变为ɑ纯相,随着助溶剂B_2O_3掺杂浓度的增加,Na_2Ca_4(PO_4)_2SiO_4:Eu~(2+)的发光强度先增大后减小。(三)选取LiZr_2(PO_4)_3同质多晶体作为基质,通过控制高温固相反应的温度,合成了β?、ɑ、ɑ?三种晶型的LiZr_2(PO_4)_3:Eu~(2+)荧光粉材料,研究了激活剂Eu~(2+)掺杂浓度对LiZr_2(PO_4)_3基质的晶体结构的影响。随着激活剂Eu~(2+)的掺杂浓度升高,固相反应温度对LZP基质晶型结构的影响变小。LZP基质中,存在Eu~(2+)、Eu~(3+)共存的现象,这种现象在掺杂低浓度Eu~(2+)时最为明显。该基质中存在两个Eu~(2+)发光中心,随着激活剂掺杂浓度的提升或者固相反应温度的提升,Eu~(2+)由低发射峰值的格位向高发射峰值的格位转移。
【图文】：

示意图,激活剂,发光过程,基质

氧酸盐（磷酸盐、硅酸盐、硼酸盐、卤磷酸盐、硼酸盐物（Gd2O3、Y2O3、Y3AlO12YAG）;稀土硫氧化物（Gd发光材料基质中的激活剂和敏化剂都表现为离子状态原有格位上的离子，产生杂质缺陷，构成发光中心，光的基础来源于激活离子的电子跃迁，且具有一定的则与拉波特定则（宇称选择定则）。前者表明仅在相明在中心对称的环境中，仅在相反宇称状态间允许发所具备的性质如下：激活离子半径与基质中被取代离2]电子构型或半充满轨道。其中Eu2+的跃迁吸收与发射 17 种[7]，离子的内层组态产生了电子跃迁，包括 4fn-d 跃迁两种类型。随氧化态增加，电荷迁移带朝低能方向向偏移。由此可知，电荷迁移跃迁形成了四价稀土4f-5d 跃迁形成了二价稀土离子（易被氧化）的最低吸且在长波紫外区。三价离子 Eu3+易被还原成 Eu2+，

光谱图,激发发射,荧光粉,光谱

出宽谱激发，由 230 nm 到 450 nm，，表明这些样品可被用于紫外或蓝光激发的半导体照明器件中。图4-2 不同B2O3浓度（2%-8%）（a）1200℃、（b）1300℃条件下制得NCPS:0.02Eu2+荧光粉的激发发射光谱；（c）1200 ℃、（d）1300 ℃条件下制得NCPS:xEu2+（x=0.02-0.16）荧光粉的激发发射光谱Fig4-2 (PL) and (PLE) spectra of NCPS:0.02Eu2+phosphors prepared at different B2O3concentrations(2%-8%) (a) 1200 °C, (b) 1300 °C; (PL) and (PLE) spectra of NCPS:xEu2+(x=0.02-0.16) phosphorsprepared at (c) 1200, (d) 1300 °C由图 4-2（a）、（b）可知，相同 Eu2+浓度条件下，随着氧化硼浓度的增大，样品的发光强度先增大后减小。这是由于助溶剂的加入可使激活剂 Eu2+更容易的进入基质中，促进晶格的形成和产物的结晶，使样品的发光强度变大。随后，可能因为进入基质的激活剂浓度过大导致浓度猝灭，或者 NCPS 基质由 ɑ/β 混合相转变为 ɑ 纯相的原因，样品的发光强度变小。由图 4-2（c）、（d）可知，不掺杂氧化硼，烧结温度为 1200℃时
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ422

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