碱土金属溴磷酸盐荧光粉的合成及其缺陷调控发光的理论研究

发布时间：2020-11-02 10:58

　　 无机固体发光材料(俗称荧光粉)是固态照明器件的重要组成部分。本征点缺陷调控的自激活荧光粉是一类重要的无机发光材料。本征缺陷相关的发光用于改性荧光粉最近引起了越来越多的研究兴趣。然而,缺陷形成和晶体结构之间的关系尚未详细研究过。因此,深入了解本征点缺陷的形成过程与缺陷晶胞的电子结构,对发展新型自激活荧光粉具有重要意义。此外,将稀土离子或过渡金属离子掺入无光学活性的基质中实现发光的策略是得到各种发光颜色的无机荧光粉最常见的途径。那么,如果将稀土离子掺入自激活发光的基质中,改变掺杂浓度,就很可能会得到一系列光谱可调的荧光粉。这为我们探索新型荧光粉提供了新思路。1.(Ca,Sr,Ba)_5(PO_4)_3Br的自激活发光与缺陷发光机理在没有杂质激活剂,还原气氛条件下,采用高温固相法合成的磷灰石型化合物M_5(PO_4)_3Br(M=Ca,Sr或Ba)可以根据M的含量变化发出从蓝紫色到橙色的连续可调的颜色。为了更好的理解原因,详细分析了Ba_(5-m)Sr_m(PO_4)_3Br(BSPOB;m=0-5)固溶体。结合实验表征和密度泛函理论计算,研究了自激活发光对气氛条件和固溶体组成的依赖性。通过X射线衍射图以及Rietveld精修来验证这些固溶体的晶体结构。根据缺陷形成能和电子顺磁共振信号,我们提出:这种自激活发光特有的超宽带发射的主要原因是形成了氧空位(V_O)。固溶体晶体结构变形增强,使V_O浓度增加,从而导致固溶体中的发光强度高于端点化合物。此外,还研究了随着Sr/Ba比率改变,BSPOB基质的电子结构的变化。研究发现,在带隙内引入V_O缺陷能级导致形成了供体和受体,因此可以在整个光谱的可见部分中调制光致发光。结果表明,一系列连续磷灰石型固溶体中的本征缺陷能级导致在宽波长范围内可以精细调控发光。由此说明,可以通过控制条件定制缺陷化学和非计量比化学组成的缺陷体系,从而设计荧光粉的性质。2.基于缺陷调控的(Ba,Sr)_5(PO_4)_3Br:Eu~(2+)多显色荧光粉采用高温固相法合成了掺杂不同浓度Eu~(2+)的碱土金属溴磷酸盐荧光粉。代表样品的X射线衍射图可以证明合成了纯相。探究了BSPOB端点化合物以及中间固溶体掺杂不同浓度Eu~(2+)的发光情况。根据光致发光光谱、变温光谱以及衰减曲线进一步分析Eu~(2+)在磷灰石结构中的格位占据情况。此外,基于BSPOB(m=3)基质的自激活本征缺陷发光以及Eu~(2+)在其中的优先格位占据,在掺入一系列低浓度Eu~(2+)时,随着Eu~(2+)浓度的变化,可实现光谱从黄绿光到白光再到蓝光的可调控发射。结合荧光衰减曲线,合理推断出,发光分别来源于基质的自激活发光以及Eu~(2+)的发光。
【学位单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ422
【部分图文】：

（a）局域缺陷能级光吸收与发射位形坐标图，Dq表示基态，Dq+1+eCBM表示自捕获

Zn2P2O7缺陷发光的能带结构示意图

最佳激发波长激发下，M5(PO4)
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本文编号：2866957