Eu2+激活的多磷酸盐荧光粉的制备及光谱调控

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众所周知,白光LEDs具有节约能源、绿色环保、使用寿命长等突出优势。而在生产中,芯片激发荧光粉发光的组合又是实现白光LEDs的主要方式,这就给荧光粉的发展与应用提供了广阔的研究空间。以磷酸盐为基质的功能材料表现出合成温度低、理化性质稳定及发光强度高等突出优势,因而越来越引起相关领域科研人员的关注。本文采用传统的高温固相反应成功制备了四种多磷酸盐荧光粉体系:Sr5-5x(PO43F:5x Eu2+、Ba5-xCl(PO43:xEu2+、BaCdP2O7:xEu2+和Ba3(1-x)P4O13:3x Eu2+。对这四种荧光粉体系的空间结构、发光特性、浓度猝灭机理、荧光寿命及其热稳定性等相关发光性能进行了研究。第一章中,对白光LEDs的发展历史,稀土发光材料的应用现状、当前存在的问题及发展前景等方面做了简单的介绍,为毕业论文研究课题提供了相关理论依据。论文第二章主要介绍了样品制备过程以及制备和表征过程中所涉及的化学试剂和相关仪器。在第三章中详细研究了蓝色荧光粉Sr5-5x(PO43F:5xEu2+的晶体结构、微观形貌和相关发光特性。XRD谱图表明,实验合成的荧光粉样品为纯相,无杂质相生成。并且少量Eu2+离子的掺杂对荧光粉的空间晶体结构不会产生显著的影响。FE-SEM图显示样品颗粒生长形态良好且有轻微烧结现象。荧光粉颗粒表面光滑,粒径尺寸集中在2-4μm左右。从荧光光谱图中可看出,该荧光粉能够被近紫外LED芯片(350-420 nm)有效激发。其浓度猝灭相关机理可解释为电子偶极-偶极相互作用机理。变温荧光光谱及相关的理论计算表明,荧光粉具有适中的热稳定性,其活化能Ea为0.159 e V。随着Eu2+离子的不断掺杂,样品的CIE色度坐标分布无明显的变化,这意味着样品的色稳定性较高。制作的LED器件的测试结果表明Sr5(PO43F荧光粉具有良好的应用前景。第四章中利用高温固相法在875℃弱还原气氛(CO)下制备了一种蓝色Ba5-xCl(PO43:xEu2+荧光粉,并进行了相关的分析表征。Ba5Cl(PO43:Eu2+荧光粉展示出从250至420 nm范围的宽激发光谱,其与n-UV LED芯片的发射良好匹配。在334 nm的激发下,荧光粉表现出以436 nm为中心的强蓝光发射。Eu2+的最适掺杂浓度为1.0 mol%。Ba5Cl(PO43:x Eu2+荧光粉中的浓度猝灭机理是电子偶极-偶极相互作用。此外,荧光粉显示出可与商用荧光粉BAM相媲美的高的热稳定性。上述结果表明,Ba5Cl(PO43:Eu2+蓝光荧光粉在n-UV w-LED中的应用方面有很大潜力。第五章介绍了一种蓝绿色荧光粉BaCdP2O7:xEu2+的分析表征:XRD谱图表征及结构精修表明制备的荧光粉与BaCdP2O7同结构且其空间结构中包含两种不同的阳离子位点。所获得的荧光粉具有从250至420 nm范围的宽激发带,其与n-UV LED芯片较好的匹配。在n-UV光激发下,BaCdP2O7:Eu2+表现出强的蓝-绿色发射,最大发射峰位于445 nm。BaCdP2O7基质中Eu2+的最佳浓度为3.0mol%。经计算,Eu2+离子的浓度猝灭相关机理可解释为电子四极-四极相互作用机理。通过调节Eu2+含量,CIE色度坐标可以在一定范围内变化。变温荧光光谱表明BaCdP2O7:Eu2+具有良好的发光热稳定性。上述结果表明BaCdP2O7:Eu2+是一种有希望应用于n-UV w-LED的蓝-绿光荧光粉。Ba3(1-x)P4O13:3x Eu2+荧光粉的结构设计及光谱调控在第六章中做了介绍。我们研究发现,在相同制备温度下,通过改变Eu2+离子掺杂浓度,实现了Ba3P4O13:Eu2+荧光粉结构由低温相向高温相的转变,由于荧光粉晶体结构的转变,进而实现了Ba3P4O13:Eu2+荧光粉发射光谱的调控。基于这一性质,我们设计合成了全色荧光粉Ba3(1-x)P4O13:3x Eu2+。通过调控Eu2+掺杂浓度,最终实现了Ba3P4O13:Eu2+荧光粉单一基质白光发射。不同掺杂浓度的Ba3(1-x)P4O13:3x Eu2+(0.003≤x≤0.027)荧光粉的CIE坐标及其在365 nm紫外灯照射下的照片均表明,通过调节稀土Eu2+的掺杂浓度,荧光粉发出的可见光颜色实现了从蓝色至白色,并最终到黄色的变化。
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