LED下转换荧光玻璃的微观结构与发光性质研究

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固态照明(SSL)作为新一代照明光源,被誉为继白炽灯、荧光灯之后的第三次技术革命,已经在普通照明、背光源、交通信号、医疗、农业、净化水、成像等领域得到了广泛应用。固态照明技术,特别是白光发光二极管(Light-Emitting Diodes,LED)技术,极大的促进了荧光材料的发展。关于荧光材料的研究也已经扩展到材料科学、晶体化学、无机化学、固体化学、固体物理、光谱学、晶体场理论以及材料计算科学等多个领域。本学位论文主要针对稀土掺杂的下转换荧光玻璃材料进行研究,工作成果主要包含以下四个方面:1)在非还原条件下制备的硼硅酸盐荧光玻璃材料中同时存在Eu2+和Eu3+。荧光光谱和电子顺磁共振(EPR)已经证实,以Eu2O3形式引入的Eu3+离子在制备过程中部分还原成Eu2+。并且玻璃成分的改变能够调整荧光玻璃材料中Eu离子的价态。在Eu掺杂比例一定的条件下,当玻璃成分中的BaO含量比例从10 mol%提高到30 mol%时,玻璃中Eu2+的比例逐渐减少,而Eu3+的比例逐渐增加。2)这种价态异常是由玻璃局域内微观结构的差别引起的。玻璃成分中BaO的引入能够提供一定数量的游离氧,这种游离氧使硼原子从三配位向四配位转变,这种结构的转变也使得玻璃物理、化学性质产生区域差别化。这种变化还导致了玻璃中稀土离子所处的微观结构并不是完全一致,玻璃中不同结构位置的稀土离子跃迁的叠加最终导致荧光光谱的半高宽(FWHM)的增加。3)Eu3+掺杂的35SiO2-35B2O3-30BaO体系红光发射荧光玻璃材料能够有效的被394nm、466 nm和534 nm波长的光激发,发射617 nm的红光。实验确定了该体系中Eu3+的最佳掺杂浓度为8 mol%。所制备的红光发射荧光玻璃材料能够对白光LED的红光发射进行补充,提高LED器件的显色性,降低相关色温。4)Eu2+,Mn2+掺杂的45SiO2-45B2O3-10BaO体系荧光玻璃材料能够有效的被350 nm的紫外光激发发射红蓝双光。位于430 nm的蓝光发射属于Eu2+的特征跃迁发射,而650nm的红光发射源于Eu2+-Mn2+能量传递后Mn2+的跃迁发射。Eu2+最佳掺杂浓度为0.2mol%,而控制Mn2+的掺杂浓度可以调节荧光玻璃的红蓝光发射比例。本文关于稀土掺杂荧光玻璃材料的微观结构和发光性质的研究,以及离子价态与微观结构的关系研究,对进一步研究荧光玻璃有一定的参考价值。
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