卤磷灰石型化合物中的缺陷调控及其发光性质的研究
发布时间：2021-01-13 18:32
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。荧光粉的发光性质取决于固体中的点缺陷,包括本征缺陷和掺杂缺陷。点缺陷打破晶体的周期性,在固体能带中产生缺陷能级,显著改变局域电荷跃迁行为。因此,合理设计并有效调控晶体中的点缺陷能够获得具有一定发光性质的发光材料,近年来基于缺陷工程调控荧光粉发光性质的研究受到了人们的广泛关注。卤磷灰石型化合物M5（PO4）3X（M=Ca,Sr,Ba;X=F,Cl,Br）具有优良的化学稳定性、丰富的化学组成与极高的缺陷容纳度,是一种良好的荧光粉基质材料。本论文以卤磷灰石型化合物为研究对象,通过调控气氛条件以及固溶组分实现对荧光粉的基质缺陷发光与Eu2+掺杂长余辉发光性能的调控,并深入探究晶体结构与本征缺陷发光之间的依赖关系、本征阴离子空位缺陷与掺杂Eu2+缺陷之间的相互作用,为探究新型发光材料以及实现光谱调控提供了新的思路。1.卤磷灰石自激活荧光粉与缺陷发光机理。还原气氛条件下,采用高温固相法合成的卤磷灰石型化合物M5
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
在不同气氛下合成的γ-Ga2O3纳米晶发射光谱图与氧空位缺陷浓度对比示意图[66]
卤磷灰石型化合物中的缺陷调控及其发光性质的探究9图1-3磷灰石型化合物的晶体结构图和M(1)和M(2)格位周围的局部原子结构示意图。Figure1-3CrystalstructureoftheApatite-typecompound,andlocalatomicstructuresaroundM(1)andM(2)sites.目前，对于磷灰石结构荧光粉的研究主要集中在两个方面，其一是通过在阳离子或阴离子位点上进行不同程度的取代或形成固溶体结构，从而实现光学性能的调控。例如，以Ca10(PO4)6F2为原型结构通过化学单元取代形成了新的荧光粉基质材料，包括Ca6Y2Na2(PO4)6F2[94]、Lu5(SiO4)3N[95]、La6Ba4(SiO4)6F2[96]等。夏等人报告了通过用[SiO4]4-四面体代替[PO4]3-形成了一系列Ca2+xLa8-x(SiO4)6-x(PO4)xO2:Eu2+颜色可调的固溶体荧光粉，发光颜色可以从绿色调整为蓝色[97]。另一方面是在基质中掺入稀土离子或者过渡金属离子通过能量传递的方式实现光谱调控。例如在Ba10(PO4)6O:Eu2+,Mn2+中通过Eu2+-Mn2+之间的能量传递实现从蓝-白-红光的调控[98]；Sr5(PO4)3Cl:Ce3+,Eu2+通过Ce3+到Eu2+的能量传递使得发光颜色从蓝-绿光可调[99]；在(Sr3,Ca,Ba)(PO4)3Cl基质中通过Eu2+到Tb3+和Mn2+之间的能量传递得到了白光发射荧光粉[100]。1.6本论文的研究内容及意义荧光粉的发光性质主要取决于固体中的点缺陷，包括本征缺陷和掺杂缺陷。点缺陷的存在会改变晶体中局域电子的运动状态，在禁带中形成缺陷能级，从而改变局域电荷跃迁行为。因此如果合理设计并调控固体中的点缺陷便能获得具有一定发光性质的发光材料。磷灰石结构型荧光粉中重要的一族是碱土金属卤磷酸盐，一般表达为M5(PO4)3X(M=Ca,Sr,Ba,X=F,Cl,Br)，其来源广泛?
卤磷灰石型化合物中的缺陷调控及其发光性质的探究13图2-1H2/N2还原气氛下制备的（a）(Ca,Sr)5(PO4)3Cl;（b）(Sr,Ba)5(PO4)3Cl;（c）(Ca,Ba)5(PO4)3Cl荧光粉的XRD图谱。Figure2-1XRDpatternsof(a)(Ca,Sr)5(PO4)3Cl;(b)(Sr,Ba)5(PO4)3Cl;(c)(Ca,Ba)5(PO4)3ClphosphorspreparedatH2/N2reducingatmosphere.2.3.1.2自激活发光性质我们合成了一系列M5(PO4)3Cl(M=Ca,Sr,Ba)荧光粉及其它们的固溶组分。图2-2a展示了不同气氛条件下制备的Ba5(PO4)3Cl荧光粉的发射光谱，观察到在高能紫外激发下，只有H2/N2还原气氛下合成的样品具有自激活宽带发射，说明氯磷灰石基质发光依赖于气氛条件。Ca5(PO4)3Cl和Sr5(PO4)3Cl在H2气氛下仍不发光，通过改变固溶体组分，发现Ca2Sr3(PO4)3Cl、Sr2Ba3(PO4)3Cl、Ca2Ba3(PO4)3Cl有一定程度的发光，发光波长从460nm连续可调至550nm，如图2-2b所示，意
【参考文献】：
期刊论文
[1](Zn1-x,Mgx)2GeO4∶Mn2+的荧光以及长余辉发光性能[J]. 过诚,丛妍,董斌,朱子茂,王子文,张瑱,李斌. 发光学报. 2017(09)
本文编号：2975361
【文章来源】：湖南师范大学湖南省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
在不同气氛下合成的γ-Ga2O3纳米晶发射光谱图与氧空位缺陷浓度对比示意图[66]
卤磷灰石型化合物中的缺陷调控及其发光性质的探究9图1-3磷灰石型化合物的晶体结构图和M(1)和M(2)格位周围的局部原子结构示意图。Figure1-3CrystalstructureoftheApatite-typecompound,andlocalatomicstructuresaroundM(1)andM(2)sites.目前，对于磷灰石结构荧光粉的研究主要集中在两个方面，其一是通过在阳离子或阴离子位点上进行不同程度的取代或形成固溶体结构，从而实现光学性能的调控。例如，以Ca10(PO4)6F2为原型结构通过化学单元取代形成了新的荧光粉基质材料，包括Ca6Y2Na2(PO4)6F2[94]、Lu5(SiO4)3N[95]、La6Ba4(SiO4)6F2[96]等。夏等人报告了通过用[SiO4]4-四面体代替[PO4]3-形成了一系列Ca2+xLa8-x(SiO4)6-x(PO4)xO2:Eu2+颜色可调的固溶体荧光粉，发光颜色可以从绿色调整为蓝色[97]。另一方面是在基质中掺入稀土离子或者过渡金属离子通过能量传递的方式实现光谱调控。例如在Ba10(PO4)6O:Eu2+,Mn2+中通过Eu2+-Mn2+之间的能量传递实现从蓝-白-红光的调控[98]；Sr5(PO4)3Cl:Ce3+,Eu2+通过Ce3+到Eu2+的能量传递使得发光颜色从蓝-绿光可调[99]；在(Sr3,Ca,Ba)(PO4)3Cl基质中通过Eu2+到Tb3+和Mn2+之间的能量传递得到了白光发射荧光粉[100]。1.6本论文的研究内容及意义荧光粉的发光性质主要取决于固体中的点缺陷，包括本征缺陷和掺杂缺陷。点缺陷的存在会改变晶体中局域电子的运动状态，在禁带中形成缺陷能级，从而改变局域电荷跃迁行为。因此如果合理设计并调控固体中的点缺陷便能获得具有一定发光性质的发光材料。磷灰石结构型荧光粉中重要的一族是碱土金属卤磷酸盐，一般表达为M5(PO4)3X(M=Ca,Sr,Ba,X=F,Cl,Br)，其来源广泛?
卤磷灰石型化合物中的缺陷调控及其发光性质的探究13图2-1H2/N2还原气氛下制备的（a）(Ca,Sr)5(PO4)3Cl;（b）(Sr,Ba)5(PO4)3Cl;（c）(Ca,Ba)5(PO4)3Cl荧光粉的XRD图谱。Figure2-1XRDpatternsof(a)(Ca,Sr)5(PO4)3Cl;(b)(Sr,Ba)5(PO4)3Cl;(c)(Ca,Ba)5(PO4)3ClphosphorspreparedatH2/N2reducingatmosphere.2.3.1.2自激活发光性质我们合成了一系列M5(PO4)3Cl(M=Ca,Sr,Ba)荧光粉及其它们的固溶组分。图2-2a展示了不同气氛条件下制备的Ba5(PO4)3Cl荧光粉的发射光谱，观察到在高能紫外激发下，只有H2/N2还原气氛下合成的样品具有自激活宽带发射，说明氯磷灰石基质发光依赖于气氛条件。Ca5(PO4)3Cl和Sr5(PO4)3Cl在H2气氛下仍不发光，通过改变固溶体组分，发现Ca2Sr3(PO4)3Cl、Sr2Ba3(PO4)3Cl、Ca2Ba3(PO4)3Cl有一定程度的发光，发光波长从460nm连续可调至550nm，如图2-2b所示，意
【参考文献】：
期刊论文
[1](Zn1-x,Mgx)2GeO4∶Mn2+的荧光以及长余辉发光性能[J]. 过诚,丛妍,董斌,朱子茂,王子文,张瑱,李斌. 发光学报. 2017(09)
本文编号：2975361
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