白光发射稀土钒酸盐荧光粉和铝硼酸盐玻璃的制备及其发光性质研究

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稀土发光材料目前已被广泛应用于荧光体、显示器、激光、光通讯和光学放大器等领域。在稀土发光材料的研究中,固体荧光材料因荧光发射强、稳定性高成为研究的热点。本论文主要开展两方面的研究,一是合成基于钒酸盐基质的可被近紫外LED激发的白光发射荧光粉,并对其光谱性质开展研究;二是合成基于铝硼酸盐基质的上转换红光发射和白光发射的发光玻璃,并研究玻璃的性能以及在800和980 nm激光激发下的上转换发光行为。论文的主要内容如下:  第一部分采用高温固相法合成了YVO4∶Eu3+,Tm3+,Bi3+,M2+(M=Ca2+、Sr2+、Ba2+)和YVO4/Y2O3∶Eu3+,Bi3+两种系列的荧光粉,通过XRD、SEM、PL、DRS等分析手段表征样品的性能。通过对其荧光性质研究发现,YVO4∶Eu3+,Tm3+,Bi3+三掺荧光粉在360 nm激发下发射出淡黄色的光,再加入二价金属离子,如Ca2+、Sr2+、Ba2+,获得的Y0.956-xVO4∶Eu3+0.01,Tm3+0.03,Bi3+0.004,Mx(M=Ca2+、Sr2+、Ba2+)荧光粉的发光颜色发生改变。当M为Ba2+,x=0.3时,此荧光粉在360 nm激发下获得了纯正的白光发射,色坐标为(0.325,0.346)。合成的双基质(1-x) YV O4/xY2O3∶Eu3+0.006,Bi3+0006(0≤x≤0.54)系列荧光粉,研究表明,通过激发基质可以实现Eu3+和Bi3+的荧光发射。Eu3+和Bi3+离子在YVO4基质中被有效激发而发射出橙红色光(595和620nm)和绿光(540n m),而在Y2O3基质中只有Bi3+可以发射出蓝光(418 nm)。通过调节YVO4和Y2O3的摩尔比获得了白光发射的荧光粉。结果显示,采用360-370 nm波长(商业化近紫外LED芯片的发射波长)激发,Y2O3基质的含量x为0.11-0.54 mol时,(1-x)YVO4/xY2O3∶Eu3+0.006,Bi3+0.006(0.11≤x≤0.54)样品可以获得白光发射。因这类荧光粉可以被近紫外LED芯片激发,并且发射出强的白光,有可能成为未来商用LED中使用的白光发射荧光粉。  第二部分采用高温熔融法合成了单掺的CaAlB/NaYF4∶Eu3+玻璃和三掺的CaAlB∶Eu3+/Tm3+/Tb3+系列玻璃,通过XRD、SEM、TG-DSC、FT-IR、PL等分析手段获得了样品的性能,并研究了它们的上转换发光行为。结果表明,CaAlB/NaYF4∶Eu3+系列玻璃呈现较好的透光率,较高的热学、化学和机械性能以及有效的上转换荧光。并且在800 nm的激光激发下,NaYF4和Bi2O3的加入明显增强Eu3+离子的上转换发光强度。Eu3+在CaAlB/NaYF4复合基质通过同时吸收双光子诱发其上转换发光。  CaAlB∶Eu3+/Tm3+/Tb3+系列玻璃在980 nm激光激发下,玻璃中的Eu3+发射橙红色光(595,612nm),Tm3+发射蓝光(451 nm),Tb3+发射出蓝光和绿光(480和549 nm),因此,调节Eu3+、Tm3+、Tb3+的浓度比可以获得上转换白光发射。对于CaAlB∶0.08Eu3+/0.02Tm3+/xTb3+组成的玻璃,随着Tb3+浓度的增大,样品的色坐标从紫红区域移动到白光区,再逐渐移动到绿光区域。其中CaAlB∶0.08Eu3+/0.02Tm3+/0.01Tb3+玻璃样品在980 nm激光激发下的色坐标(0.332,0.329)最接近标准白光点(0.333,0.333),证明CaAlB∶Eu3+/Tm3+/Tb3+是一种新型的白光发射上转换玻璃材料。另外,在CaAlB∶Eu3+/Tm3+/Tb3+玻璃中,随着Tb3+浓度的增加,Eu3+和Tm3+的部分特征发射峰也随之增强,说明Tb3+与Eu3+、Tm3+之间可能存在能量传递关系。
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