稀土掺杂磷酸盐荧光材料的设计、制备及性能研究

发布时间：2020-08-07 05:59

【摘要】：白光LED因其优异的发光性能成为新一代的照明光源,并广泛应用于照明、显示等各个领域。实现白光LED的主要方法是将芯片与荧光粉组合。目前,蓝光LED芯片加黄色荧光粉已实现商业化,但因缺少红光,显色性能低,色温偏高,使得白光LED的进一步发展受到制约,不能够满足人们对荧光材料日益提升的需求。因此研发发光效率高、稳定性好的紫外/近紫外芯片激发的单基质荧光粉具有重要意义。本论文以磷酸盐为基质,选取Eu~(3+)、Gd~(3+)、Sm~(3+)、Ce~(3+)、Dy~(3+)作为掺杂离子,选用了三种制备方法(微波辅助共沉淀、共沉淀及高温固相法),制备出不同结构和性能的红色、白色荧光材料。探讨了煅烧条件、稀土离子掺杂浓度等因素对所得样品发光性能的影响,同时考察了材料的热稳定性。本论文以期通过优化制备方法以及遴选不同矿物结构的基质为稀土提供合适的离子掺杂环境,通过掺杂离子间的能量传递作用调控材料的发光颜色,实现单一基质的红、白光发射。主要研究内容与结果如下:(1)通过微波辅助共沉淀法制备了具有钙磷铍石结构的MgZn_2(PO_4)_2:Gd~(3+),Eu~(3+)红色荧光材料。通过设计四因素五水平实验,考察了Gd~(3+),Eu~(3+)离子掺杂量、煅烧温度、保温时间对材料发光强度的影响。对材料进行荧光光谱、荧光寿命、荧光热稳定性等测试,测试结果表明:Gd~(3+)-Eu~(3+)离子间存在能量传递过程,Gd~(3+)离子的加入有效敏化了Eu~(3+)的发光。(2)采用共沉淀法制备了MgZn_2(PO_4)_2:Ce~(3+),Dy~(3+)单一基质白色荧光材料。考察了Ce~(3+)和Dy~(3+)离子的掺杂浓度、荧光热稳定性等因素对材料发光性能的影响。研究结果表明:MgZn_2(PO_4)_2作为荧光材料的基质,所需的制备温度低,具有良好的热稳定性。通过离子间的能量传递作用,Ce~(3+)有效地敏化了Dy~(3+),实现了高效的单基质白光发射。(3)采取高温固相法制备了具有硅铋石结构的Ca_3Bi(PO_4)_3:Sm~(3+),Eu~(3+)和Ca_3Bi(PO_4)_3:Ce~(3+),Dy~(3+)荧光材料。研究离子掺杂量、荧光热稳定性等因素对材料发光性能的影响。结果表明:Sm~(3+)和Ce~(3+)离子的加入分别有效地敏化Eu~(3+)和Dy~(3+)离子的发光,通过调节离子掺杂量可将发光颜色由橙红调至红色,由蓝色调至白色。(4)通过高温固相法制备了Sm~(3+)、Ce~(3+)、Dy~(3+)激活的具有氟磷灰石结构的Sr_3YLi(PO_4)_3F荧光材料。为研究材料的发光性能,考察了煅烧温度、掺杂离子量、荧光热稳定性等因素。结果表明:Sm~(3+)离子的加入,实现了橙红颜色的发光;Ce~(3+)和Dy~(3+)离子间通过能量传递作用,实现了样品的高效白光发射。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ422;O657.3
【图文】：

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图 1-1 激活剂在基质中的发光行为及能级跃迁示意图以看到，A 吸收能量后从基态跃迁至 A*，激发态返为辐射跃迁。但不是所有离子都具有发光特性，这些基态，此过程释放的能量会引起基质的晶格振动，导

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图 1-2 敏化剂、激活剂在基质中的发光行为及能级跃迁示意图发光材料的主要类型料的种类众多，可根据不同的标准对其进行分类[2, 4]。质组成的不同，可将发光材料归纳成表 1-1。

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