Eu掺杂硅铝酸盐发光特性研究

来源 :重庆理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Leon_prog
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21世纪以来,环境问题越来越严峻,气候变化也越来越明显,为了减少对环境的污染,改善气候变化加剧的问题,研究者们都积极的寻找一种新型的能源能够替代目前使用的对环境污染严重的化石燃料。白光发光二极管(w-LED)作为新一代的照明源,由于其突出的优点,如低功耗、长寿命、物理和化学特性的良好稳定性以及特殊的无汞特性,被认为是替代荧光灯和白炽灯的优秀照明光源。因此,w-LEDs的制造和改进已成为一个重要而迫切的课题。要制造性能优良的w-LED,就必须对所使用的荧光粉进行优化,所以目前研究的重点就是制备热稳定性好,发光效率也较高的荧光粉。通过将YAG:Ce3+与InGaN芯片结合制造的w-LED是目前使用最广泛的,但是其由于红光的缺陷,相关色温(CCT,Tc>5500K)较高并且显色指数(CRI,Ra<80)较低。对于整个W-LED系统,由于制造复杂、发射颜色的再吸收以及每种磷光体的不同老化速率,出现了诸如高成本和发光效率低之类的几个缺点。因此,开发一种能被紫外光有效激发、同时提高发光效率、提高CRI的单相白光发射荧光粉是成为缓解照明问题的根源。本文采用高温固相法合成一系列Eu掺杂的磷灰石结构的硅铝酸盐荧光粉,使用XRD、荧光光谱、荧光寿命、变温光谱等对样品的纯度和光学特性进行表征,详细分析了其晶体结构、发光性能、寿命变化和基质中能量传递的方式。主要研究结果如下:(1)采用高温固相法合成一系列Eu掺杂的磷灰石结构的硅铝酸盐荧光粉:CaLa9(AlO4)(SiO45O2:xEu(x=0.005,0.01,0.02,0.04和0.05)、SrLa9(AlO4)(SiO45O2:xEu(x=0.02,0.03,0.04,0.08,0.1)、BaLa9(AlO4)(SiO45O2:xEu(x=0.04,0.06,0.08,0.1),使用X射线衍射法确定其相纯度。在激发波长为320nm时测定了三种基质样品的发射光谱图,并对BaLa9(AlO4)(SiO45O2:0.04Eu和BaLa9(AlO4)(SiO45O2:0.06Eu测试样品荧光寿命,并且通过寿命证明该类型基质有两个发光中心。计算该类型荧光粉中的能量传递方式为偶极-偶极的能量传递方式。测试三种基质类型的荧光粉的热稳定性,随着温度的升高,三种基质的发光强度有所下降,但热稳定性依然比较优秀。计算CaLa9(AlO4)(SiO4)5O2:0.02Eu的活化能为0.3795 eV,SrLa9(AlO4)(SiO45O2:0.04Eu的活化能为0.2389 eV。由于发光中心周围的配位环境的差异,三者的发光也略有不同,但就整体而言,合成的样品发光较稳定,热稳定性较好。(2)根据第一部分实验结果,在三组基质的样品中选取发光性能较好的SrLa9(AlO4)(SiO45O2:xEu,改变基质中的碱土金属离子La3+,用第三副族的金属离子Y3+,Lu3+,Sc3+替代以改变荧光粉的发光性能。采用传统的高温固相反应制备了一组新型磷灰石结构的SrA9(AlO4)(SiO45O2:xEu(A=Y,Lu,Sc)荧光粉,样品制备过程简单便捷。利用XRD图谱确定了样品的结构组成。测试了该基质样品的激发与发射光谱。研究了SrY9(AlO4)(SiO45O2:xEu和SrSc9(AlO4)(SiO45O2:xEu最佳掺杂浓度分别为x=0.06和x=0.05。计算了三种基质的样品中的能量传递方式为偶极-四极的能量传递方式。通过变温光谱的测定发现这三种基质中SrSc9(AlO4)(SiO45O2:xEu比较其他两种基质有优秀的热稳定性,并计算得出SrLu9(AlO4)(SiO45O2:0.05Eu和SrSc9(AlO4)(SiO45O2:0.05Eu的活化能分别为0.2635 eV和0.2697 eV。(3)在前两部分实验的基础上,改变原本SrY9(AlO4)(SiO45O2:xEu荧光粉中Sr2+与Y3+的相对含量,以及原本荧光粉中(AlO4)和(SiO4)阴离子基团的相对含量,制备新基质的荧光粉Sr4Y6(AlO4x(SiO46-xO(1-x/2):yEu。以Sr4Y6(AlO42(SiO44:yEu(y=0.005,0.02,0.04,0.05,0.06,0.08)为主要研究对象,用XRD表征样品是否为纯相,利用荧光光谱图以及寿命图判定发光中心的数量以及能量传递方式是偶极-偶极的能量传递方式。利用晶体场理论解释了对于Sr4Y6(AlO42(SiO44:yEu(y=0.005,0.02,0.04,0.05,0.06,0.08)样品在338nm激发下发射峰位置随着掺杂浓度发生红移的现象。测试了Sr4Y6(AlO42(SiO44:0.06 Eu样品的热稳定性,在升温到150℃时,发光强度与室温下相比仅仅降低了28.15%,表明该类型荧光粉具有较好的热稳定性。本文合成了三种类型的掺Eu的硅铝酸盐荧光粉,得到的荧光粉都具有较好的光学性能,对于硅铝酸盐基质的荧光粉的研究具有一定的参考作用。
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