稀土掺杂硼酸盐荧光粉的合成及其发光性能研究

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白光LED由于其效率高、能耗低、寿命长、响应快以及绿色环保等显著优点,目前受到了人们普遍的关注。商品化白光LED就是利用蓝光LED芯片来激发黄色荧光粉钇铝石榴石(YAG),最终蓝光和黄光组合形成白光。但是这种方法存在着明显的缺点,即光谱中缺乏红光成分导致显色指数低,难以满足低色温照明的要求。因此开发性能稳定白光LED用的新型荧光粉将具有极其重要的理论价值和实际应用意义。硼酸盐作为一种发光材料基质,由于具有稳定的物理化学性质、简单的合成工艺、相对较低的合成温度以及优良的发光性能等优点,现已成为近几年发光材料领域的研究热点之一。本论文利用硼酸盐基质优异性能,针对传统硼酸盐荧光粉种类单一,且较少应用于白光LED的现状,采用传统的高温固相法,合成了几种新型的并能够被紫外光所激发的硼酸盐荧光粉,并系统的研究了合成工艺,晶体结构,发光性能和能量传递机理。具体研究结果如下:1.通过高温固相法合成了一系列的可被近紫外线高效激发的Eu3+掺杂NaSrBO3红色荧光粉。NaSrBO3:Eu3+的激发光谱显示所合成的荧光粉能够高效地被394nm的紫外光激发,因此能够与近紫外波段的LED芯片相匹配;光致发光性能研究表明所有的样品都出现了Eu3+的特征发射峰,Eu3+的掺杂浓度为11%时其发光强度最大;NaSrBO3红色荧光粉发生浓度猝灭的机理主要是由于电四极-电四极作用引起的;当在该类荧光粉中分别引入电荷补偿剂Li, Na, K后,Eu3+的发光强度得到明显提高。对比于商业红色荧光粉Y2O2S:Eu3+,加入Li, Na, K后,其发光强度分别提高了1.47,1.64和2.08倍。因此,NaSrBO3:Eu3+可以作为一种潜在的红光发射荧光粉运用在近紫外芯片激发的白光LED上。2.采用高温固相法合成出了一种新型绿色荧光粉NaSrBO3:Tb3+, Li+。NaSrBO3:Tb3+,Li+基质结构属于单斜晶系,在378nm紫外光激发下,所合成的样品会在542nm出现对应于Tb3+离子5D4→7F5明亮的绿光发射;当Tb3+的掺杂浓度达到6mol%时会发生浓度猝灭现象;通过模拟计算,得出浓度猝灭机理是由于电四极-电四极作用引起的。结果显示NaSrBO3:Tb3+, Li+是一种潜在的可用于紫外芯片激发的白光LED的绿色荧光粉。3.合成了一系列Li、Na、K为电荷补偿剂、Eu3+为激活剂的Ca2BO3Cl基荧光粉。合成的所有样品都显示出了Eu3+离子的特征红光发射。当引入电荷补偿剂Li、Na、K后,Eu3+的5D2→7F2电偶极发射峰强度分别提高了2.1,1.6和1.5倍。导致发光强度提高的主要原因是由于不同离子半径的电荷补偿剂对Eu3+的自旋轨道耦合和晶体场作用产生不同的影响造成的。上述研究结果表明Eu3+离子激活的Ca2BO3Cl荧光粉可作为紫外LED芯片激发的红色发光材料,应用于白光LED上。4.通过高温固相法合成了Tm3+和Dy3+共掺的YAl3(BO3)4荧光粉。在紫外光激发下,该荧光粉显示位于450nm源于Tm3+的蓝光发射和573nm源于Dy3+的黄光发射。当改变Tm3+和Dy3+在YAl3(BO3)4中的掺杂浓度后,荧光粉将会实现从蓝光到白光最终到黄光的发射,从而实现了光谱的精确调控。Tm3+和Dy3+的掺杂浓度分别为0.03和0.09时,在365nm的紫外光激发下,样品的色坐标为(0.310,0.331),与理想白光(0.333,0.333)比较接近。作为一种潜在的白色荧光粉,Tm3+和Dy3+共掺单基质YAl3(BO3)4荧光粉有望应用于白光LED产业中。
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