氧化物红色荧光粉的合成及光致发光特性研究

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当前,人们对于节能环保越来越关注,而照明消耗的电能占有很大的比重。发光二极管(LED)具有节能、成本低、寿命长、容易集成等突出优点。当前的红色荧光粉主要涉及两方面的应用:白光LED和植物生长LED的制备。首先,目前实现白光是以蓝光芯片激发Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+)黄色荧光粉,但由于缺少红光组分导致低的显色指数(CRI)以及高的相关色温(CCT),不能满足人们对高品质室内照明的需求。而通过近紫外芯片激发三基色(红色、绿色以及蓝色)荧光粉能够得到高显色指数以及色温可调谐的白光。因此,开发能够被近紫外芯片高效激发的红色荧光粉获得高质量的白光成为研究重点。此外,由于植物的生长发育离不开光,但不是所有的光都能被植物所吸收。其中,两种植物光敏色素PR和PFR,它们对于特定光的吸收波长分别为660和730 nm。因此,发射红光和深红光的荧光粉的研究是很有意义的。本篇论文主要内容是通过选取合适的掺杂基质,采用高温固相法合成高效稳定的红色荧光粉。具体为高效的Eu3+掺杂的红色荧光粉应用于高显色指数暖白光LED的制备以及高效的Mn4+掺杂的深红荧光粉应用于植物生长用LED的制备。针对上述问题主要研究结果如下:(1)通过高温固相法成功制备出了一系列Ca2LaHf2Al3O12:Eu3+红色荧光粉。在该工作中研究了荧光粉的物相形貌、元素组成、晶体结构、以及发光性能。在394 nm光的激发下Ca2LaHf2Al3O12:Eu3+荧光粉发射出峰值为614 nm的高亮度的红光。Eu3+的最佳掺杂浓度为50 mol%。最佳样品Ca2LaHf2Al3O12:50%Eu3+展现出高的内量子效率(64%)和好的热稳定性(423 K时的发射强度可以维持室温发射强度的73.7%)。应用Ca2LaHf2Al3O12:50%Eu3+红色荧光粉制备了一个暖白光LED器件,展现出高显色指数(88.3)的暖白光(3853 K)。这些研究结果表明Ca2LaHf2Al3O12:Eu3+红色荧光粉可以应用于高显色指数暖白光LED制备方面。(2)通过高温固相法成功制备了一系列CaMg2La2W2O12:Mn4+(CMLW:Mn4+)深红荧光粉。在该工作中我们研究了荧光粉的物相、晶体结构、形貌、元素组成以及光学性质,最终对其在植物生长用LED方面的应用进行了研究。在352 nm光的激发下,CMLW:Mn4+荧光粉发射出明亮的深红光,其发射峰值为708 nm。Mn4+在该基质材料中的最佳掺杂浓度为0.8 mol%。最佳样品CMLW:0.8%Mn4+展现出高的内量子效率(44%)以及高的色纯度(99.37%)。最终,用蓝光芯片激发CMLW:0.8%Mn4+荧光粉制备了一个植物照明LED器件,该器件能够发射出高亮度的蓝光和深红光的混合光。上述结果研究表明,CMLW:Mn4+深红荧光粉可以应用于植物生长用LED的制备中。(3)通过高温固相法制备了一系列Sr2LuTaO6:Mn4+(SLT:Mn4+)深红荧光粉。在该研究中我们对SLT:Mn4+荧光粉的物相、晶体结构和光学性质进行了研究。在346 nm光的激发下SLT:Mn4+荧光粉展现出深红光发射,发射峰值为686 nm。Mn4+最佳的掺杂浓度为0.4 mol%。该荧光粉的浓度猝灭机理为邻近的Mn4+离子间的电偶极-偶极相互作用。最佳SLT:0.4%Mn4+荧光粉展现出37%的内量子效率和99.3%的色纯度。此外,SLT:0.4%Mn4+荧光粉还展现出好的色稳定性。上述结果研究表明,SLT:Mn4+深红荧光粉可以应用于植物生长用LED的制备中。
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