稀土掺杂磷/铌酸盐荧光粉的合成及其发光特性研究

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白光LED作为一种传统白炽灯和荧光灯的更新产品照亮了21世纪,开发可用于白光LED的新型高效荧光粉具有重要的意义。本论文通过对不同的磷/铌酸盐基质材料进行稀土掺杂,用高温固相法合成了新型的可被紫外有效激发的各种单色荧光粉,同时也合成了新型的可被紫外激发的单一基质白光荧光粉,研究了它们的发光特性,色纯度以及其中的各种能量传递过程。主要的研究结果如下:  (1)合成了Ca3(PO4)2∶Ce3+,Tb3+蓝绿色荧光粉,290nm紫外光激发可产生Ce3+的宽带发射(360nm)和Tb3+的特征发射(544nm)。通过调整Ce3+和Tb3+的相对比例可获得从蓝色到绿色变化的发射光。Ce3+和Tb3+之间的临界距离计算为16.6(A),能量传递机制为电偶极-电四级相互作用。  (2)合成了新型红色荧光粉Ca3(PO4)2∶Sm3+,Eu3+。光谱显示Sm3+的加入可以产生位于403nm较强的激发峰,扩展了Eu3+的激发光谱,并且与近紫外LED的波长相匹配。研究表明Sm3+离子可以将吸收的能量有效地传递给Eu3+,因此,共掺Sm3+之后Eu3+位于613nm处的5D0→7F2跃迁的发射强度增强。合成的样品中Ca3(PO4)2∶0.01 Sm3+,0.12Eu3+具有最强的红光发射。  (3)合成了Eu3+重掺杂的新型红色荧光粉Sr3Lu(PO4)3∶Eu3+。该荧光粉能被近紫外光有效地激发,发光波长在612nm附近。这种发射波长兼顾流明效率和显色性,是三基色红光的最佳发射波长。实验发现该基质中Eu3+的猝灭浓度高达80mo1%,所以通过对基质重掺Eu3+拟提高荧光粉对近紫外光的吸收效率。在394nm激发下,Sr3Lu0.92(PO4)3∶0.8Eu3+的发光强度约为商用红粉Y2O3∶Eu3+的6倍;并且其色坐标比商用红粉的色坐标更接近NTSC标准值(0.67,0.33)。此外,Sr3Lu(PO4)3∶Eu3+还具有良好的热稳定性,是一种潜在的白光LED用红色荧光粉。  (4)合成了单一基质白光荧光粉Sr3Lu(PO4)3∶Dy3+。该荧光粉能被近紫外光有效激发,产生强的分别归属于Dy3+离子的4F9/2→6H15/2,4F9/2→6H13/2跃迁的蓝光和黄光发射。Dy3+的最佳掺杂浓度为8mo1%。改变Dy3+离子的掺杂浓度可以调节荧光粉中黄光和蓝光的发射强度比值(Y/B)。在实验所掺Dy3+浓度范围内,Sr3Lu(PO4)3∶Dy3+荧光粉的色坐标均位于白光区域。  (5)合成了单一基质白光荧光粉LuNbO4∶Dy3+。该体系中,基质LuNbO4显示有较强的自激发光特性。基质的发射光谱和Dy3+的激发光谱有较大的重叠,暗示从基质到Dy3+的能量传递。用基质的最强激发波长261nm去激发LuNbO4∶Dy3+,该荧光粉发射光谱中同时出现基质的宽带发射(蓝光)和Dy3+的特征发射(黄光),正好可以得到白光。在实验所掺Dy3+范围内,LuNbO4∶Dy3+荧光粉的色坐标均位于白光区域。随着Dy3+浓度的增加,其色坐标从冷白光区域变换到暖白光区域。
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