稀土、过渡金属离子掺杂镓锗酸盐发光材料的性能研究及其新应用的探索

发布时间：2020-06-05 01:57

【摘要】：在当前能源短缺和节能减排的大趋势下,低能耗光源已成为研究热点。白光LED(light emitting diode)因其具有寿命长、效率高、能耗低、节能环保等优点而正在逐步替代传统照明成为新一代绿色光源。目前,商业化白光LED的实现方法有两种。一是通过InGaN基蓝光LED芯片激发黄色荧光粉(YAG:Ce~(3+))得到黄光,并与未被完全吸收的蓝光组合成白光。另一种方法是使用近紫外LED芯片激发三基色荧光粉得到红、绿、蓝三种颜色的光组合成白光。第一种方法获得的白光中缺少红光成分,导致光源的显色指数过低。第二种方法获得的白光显色指数较高,但目前使用的红色荧光粉Y_2O_3:Eu~(3+)由于基质和激活剂全部由稀土氧化物组成,价格昂贵。因而,新型低成本高效稳定红色荧光粉的研发是当下研究重点。此外,三基色荧光粉中的红粉对蓝粉发出的蓝光有较强的重吸收导致能量效率比较低。无论是蓝光LED和黄色荧光粉组合的白光,还是三基色荧光粉组合的白光都会有色漂移的情况(器件长时间工作产生的高温改变三基色的相对强度,从而改变发光颜色)。解决色漂移的有效办法是只用一种发光材料就能实现白光发射。因此,单一基质白光发射发光材料是现在研究的热点。一部分无机发光材料的发光还具备长余辉特性。此类材料在生物成像、医疗诊断等方面展现出巨大的潜力。但是,人们对于长余辉的产生机理尚未完全理解,余辉性能(强度和时间)的提升还存留很大空间。由于发光材料的性能对温度的敏感特性,基于无机发光材料的温度传感器也正在不断被探索,这也是无机发光材料未来的一个重点研究方向。发光调节技术一直是优化发光性能的重要方法,但是调控方法不健全,调控机理研究仍不够透彻。本文选择几种镓锗酸盐作为研究对象,即Sr_2Ga_3LaGe_3O_(14),La_2MgGeO_6和Sr_2MgGe_2O_7。首先,制备并研究了Sr_2Ga_3LaGe_3O_(14)和Sr_2Ga_3LaGe_3O_(14):Dy~(3+)单一基质白光发射发光材料,也研究基于Sr_2Ga_3LaGe_3O_(14)的Eu~(3+)掺杂深红色发光材料。另外,制备并研究了La_2MgGeO_6:Cr~(3+)近红外长余辉发光材料性能及其缺陷来源。探索了La_2MgGeO_6:Bi~(3+),Sm~(3+)发光材料在颜色-温度指示剂上的应用潜力。最后,通过原子替代法研究了锗酸盐发光材料Sr_2MgGe_2O_7:Pb~(2+)和铝酸盐Sr_2MgAl_(22)O_(36):Eu~(2+)材料结构变化对发光性能的影响。取得研究进展如下:1.采用高温固相反应法合成了Sr_2Ga_3LaGe_3O_(14),Sr_2Ga_3LaGe_3O_(14):Dy~(3+)。该基质在紫外激发下能发射宽带蓝白光,激发光谱是200-300 nm区域的窄带,这归因于Ga~(3+)-O~(2-)电荷迁移跃迁吸收。Sr_2Ga_3LaGe_3O_(14):Dy~(3+)发光材料中的Dy~(3+)不能被基质敏化。Dy~(3+)表现出白光发射,Dy~(3+)的淬灭浓度在0.06,多级相互作用是其主要淬灭机制。2.采用高温固相反应法合成了Sr_2Ga_3LaGe_3O_(14):Eu~(3+)深红色发光材料。该材料可以被紫外(Eu~(3+)-O~(2-)电荷迁移)和近紫外光有效激发。Eu~(3+)离子没有发生浓度淬灭直到全部取代La~(3+)离子。3.采用高温固相反应法合成了La_2MgGeO_6:Cr~(3+)近红外长余辉材料,并通过共掺杂Dy~(3+)和Sm~(3+)优化了其余辉性能,余辉时长可达数十分钟。热释光谱表明该材料存在两种陷阱,一种来源于基质本身,一种源于引入的离子。4.采用高温固相反应法合成了La_2MgGeO_6:Bi~(3+),Sm~(3+)发光材料。并研究了其发光颜色与温度的对应关系,表现出其在颜色-温度指示剂上应用的巨大潜力。5.研究了Pb~(2+)掺杂锗酸盐Sr_2MgGe_2O_7和Eu~(2+)掺杂的铝酸盐Sr_2MgAl_(22)O_(36)在原子替代法下(这里用Ba替代Sr),材料成分变化对发光性能的影响。
【图文】：

广东工业大学硕士学位论文德拜-谢乐（Debye-Scherrer）公式[48]（3.1） =K cos （Scherrer 常数，这里取值 0.9，λ 为 X 射线的波长，这里是 0.15406 nm，高宽，θ 为衍射角，D 为晶粒垂直于晶面方向的平均厚度（nm）。经过样品的平均晶粒尺寸为 24.85 nm.

14的自发光现象图3-3展示了基质自发光的光谱。在260 nm的紫外光激发下的发射光谱呈现出300-650 nm的一条宽带，在430 nm监测下的激发光谱呈现230-300 nm的一条窄带。这种蓝白光发射材料制备简单，，无稀土元素，实现了单一基质发光。然而这种白光的色温很高，显色指数低，尚不能达到实际应用的要求。图3-3 基质Sr2Ga3LaGe3O14的激发和发射光谱Figure 3-3 PL and PLE spectra of Sr2Ga3LaGe3O14
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ422

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本文编号：2697317