两种硅酸盐稀土荧光粉的制备及发光性研究

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得益于良好的理化稳定性和热稳定性,以及原料的成本优势,硅酸盐荧光粉长期以来受到人们的广泛关注和研究,成为重要的光致发光材料,通过近年来研究人员的不断优化和改进,其中部分已能适用于白光LED。硅酸盐荧光粉中,碱土金属硅酸盐荧光粉发光颜色丰富且亮度高,某些由碱金属组成的三元系硅酸盐荧光粉表现出相对优异的发光性。“紫外/近紫外芯片+白光荧光粉/RGB三基色荧光粉”这一方式所制备的LED由于芯片本身发出的光不可见,因此对LED的发光效果影响比蓝光芯片结合YAG粉的方式要小很多,有助于提高LED的整体性能。本文从寻找发射光谱较宽、能受到紫外光/近紫外光高效激发的三基色荧光粉和单一基质白光荧光粉出发,分别合成了黄绿色荧光粉Sr3SiO5-6xN4x: Ce3+, Li+和白光荧光粉Na2CaSiO4:Dy3+两种发光材料,研究了两者的发光性质,探讨其在LED上应用的可行性。(1)采用高温固相法在还原气氛下合成了黄绿色荧光粉Sr3-2ySiO5-6xN4x:yCe3+, yLi+(0≤x≤0.33,0.01≤y≤0.04)。利用X射线衍射仪和荧光光谱仪对所得样品进行测试和表征,结果表明,样品晶体结构与Sr3SiO5同构型,结晶度较高。荧光粉激发光谱覆盖从紫外光区域到蓝光区域,由主峰分别位于325nm和414nm的驼峰状双宽带激发峰组成,414nm处激发峰强度更高。样品发射峰为475~575nm宽带发射峰,归因于Ce3+的5d→4f跃迁,在460nm蓝光和414nm近紫外光激发下的发射主峰分别位于557nm和538nm左右。合成过程中引入Si3N4取代SiO2作为全部或部分硅源,进行基质中部分(SiN)+对(SiO)2+的替换,受到晶体场改变的影响,荧光粉发射峰产生红移现象,同时亮度有所下降;Ce3+的优化掺杂浓度为0.68mol%(即y=0.02);少量助熔剂NH4F的加入对样品发光强度有明显提高,其优化浓度为0.5wt%。(2)采用溶胶-凝胶法于750°C保温3h制备了白光荧光粉Na2CaSiO4: Dy3+。XRD谱图分析表明,700~900°C条件下均能合成荧光粉Na2CaSiO4: Dy3+,焙烧温度为750°C的样品纯度和结晶度相对更好,所得样品与Na2CaSiO4晶体结构相吻合,为立方晶系,P213空间群。荧光光谱分析表明,Na2CaSiO4: Dy3+能受到紫外光有效激发,其发射光谱由两个特征发射峰组成,一个位于蓝光区域(约486nm),另一个位于黄光区域(约578nm),分别归属于Dy3+的4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H13/2跃迁;黄光发射稍强于蓝光发射,推测是由于Dy3+在Na2CaSiO4晶体中主要占据了非对称性格位所造成。样品的浓度淬灭出现在Dy3+浓度为4mol%时,CIE色度坐标分析表明,Na2CaSiO4: xDy3+(0.02≤x≤0.05)的色坐标均位于白光区域,随着Dy3+浓度的增加,发射光谱的黄蓝比比值(Y/B)升高。除Ba2+之外,少量碱土金属离子M2+的掺入对样品亮度有所提高,Mg2+、Sr2+的优化掺杂浓度为0.5mol%和1.0mol%。
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