Eu2+/Tb3+共掺杂氯磷酸盐基质荧光材料的制备及其发光性能研究

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白光发光二极管(W-LED)是新一代节能环保的固体光源,已广泛用于照明与显示领域。近紫外芯片与三基色荧光粉混合封装可得到高显色指数、低色温的白光LED器件,但目前可以应用的传统荧光粉种类数目少,已不能满足白光LED的需求,严重限制了近紫外激发白光LED器件的应用。为此,本论文以氯磷酸盐作为基质材料,利用Eu2+离子到Tb3+离子的能量传递作用,制备了一系列Sr5-x-2yEuxTbyNay(PO43Cl和Ba5-x-2yEuxTbyNay(PO43Cl荧光粉,主要研究工作和取得的结果如下:(1)采用高温固相法合成了一系列Sr5-x-2yEuxTbyNay(PO43Cl荧光粉。XRD和FE-SEM结果表明,稀土离子的掺杂并没有改变Sr5(PO43Cl基质的晶体结构;荧光粉样品颗粒形貌不规则,有团聚现象。荧光光谱研究表明,Sr5-x(PO43Cl:xEu2+发射蓝光,主激发峰位于341 nm处;而Sr5-2y(PO43Cl:yTb3+,yNa+发射绿光,主激发峰位于230 nm处,且它们最佳的掺杂浓度分别为x=0.05和y=0.35。(2)在Eu2+/Tb3+共掺杂的Sr5-x-2yEuxTbyNay(PO43Cl荧光粉中,在341 nm波长激发下,样品展现出中心波长位于446 nm附近的蓝光发射和位于543 nm附近的绿光发射,它们分别源于Eu2+离子的4f65d1→4f7跃迁和Tb3+离子的5D4-7F5跃迁。通过改变Tb3+离子浓度,可实现蓝绿色双基色的调制。Eu2+/Tb3+能量传递机理在本体系中属于偶极矩-偶极矩相互作用。Sr4.15(PO43Cl:0.05Eu2+,0.40Tb3+,0.40Na+荧光粉表现出较好的热稳定性,激活能为0.19eV。(3)采用高温固相法合成了一系列Eu2+,Tb3+,Eu2+/Tb3+离子掺杂Ba5(PO43Cl基质荧光材料。通过XRD、FE-SEM和PL对荧光材料的相纯度、颗粒形貌、发光性能进行了表征测试。研究表明,Ba5-x(PO43Cl:xEu2+在近紫外光激发下,呈现出色纯度良好的蓝光发射,最强峰位于438 nm处,且发光强度最强的Eu2+离子浓度为x=0.05。Ba5-2y(PO43Cl:yTb3+,yNa+在近紫外光激发下,呈现出色纯度良好的绿光发射,最强峰位于543 nm处,且发光强度最强的Tb3+离子浓度为y=0.35。(4)在Eu2+/Tb3+共掺杂的Ba5-x-2yEuxTbyNay(PO43Cl荧光粉中,观察到Eu2+对Tb3+的共振能量传递。在330 nm波长激发下,共掺样品展现出Eu2+离子特征的蓝光发射和Tb3+离子特征的绿光发射。研究表明,通过调节Tb3+/Eu2+掺杂浓度比,可以准确调控荧光材料中Eu2+离子和Tb3+离子发射峰的相对发光强度,从而实现发光的颜色从蓝光区域偏移到绿光区域,其色坐标由(x=0.154,y=0.043)变为(x=0.220,y=0.217)。Eu2+能量转移的共振类型为偶极矩-四极矩相互作用。Ba4.15(PO43Cl:0.05Eu2+,0.40Tb3+,0.40Na+荧光粉的激活能为0.32eV。封装结果表明,白光LED器件的色坐标为(0.403,0.401),显色指数为90.7,相关色温为3645 K,且封装的白光LED器件呈现出柔和的暖白光。这种荧光粉在UV-LED上有潜在的应用前景。
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