Eu掺杂BMN复合钙钛矿的制备及其发光性能的研究

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稀土发光材料具有高荧光量子效率、较大的斯托克斯位移和长期的光学稳定性,是理想的光转化材料。Ba(Mg1/3Nb2/3)O3(BMN)是一种复合钙钛矿氧化物,具有高的结构容忍度、多种晶格位点和良好的化学稳定性,同时在紫外波段存在带隙吸收,可以为稀土离子提供合适的晶格环境并传递能量。本文以Eu3+作为掺杂离子,制备出具有宽谱吸收和高红光色纯的下转换荧光材料,研究其结构和发光性能,并研究电荷补偿剂与敏化剂对其结构和发光性能的影响。(1)采用湿化学法制备了BMN:Eu荧光粉。通过XRD、Raman结构分析和光谱特性证明了BMN:Eu为B位离子1:2有序的六方相结构,Eu3+取代了A位的Ba2+并占据2d位点,具有C3v点群对称性。BMN:Eu荧光粉在280360nm存在宽激发峰,源于BMN基质的Nb-O间的电荷迁移跃迁,该跃迁拓宽了Eu3+的激发范围。在近紫外光激发下BMN:Eu荧光粉在615 nm有电偶极跃迁5D0-7F2的最强发射峰,说明Eu3+占据了非反演中心位点。BMN:Eu荧光粉的最适掺杂浓度为3 mol%,猝灭临界距离为16.31?,猝灭源于多极子间的相互作用。BMN:3%Eu的色坐标为(0.656,0.344),具有很高的红光纯度,有作为红色荧光粉的应用潜力。BMN:3%Eu荧光粉的荧光寿命约为1.34 ms,理论量子效率约为77.26%。利用液相旋涂法制备了对近紫外-可见光透明的BMN:Eu荧光薄膜,且发光性能与BMN:Eu荧光粉类似,可作为透明下转换发光材料。(2)采用电荷补偿离子(Li+、Na+、K+)对BMN:3%Eu荧光粉掺杂,研究对其结构和发光性能的影响。BMN:Eu,K荧光粉的发光性能与BMN:Eu荧光粉类似,随着K+掺杂浓度增加,BMN:3%Eu,x%K荧光粉的发光逐渐增大,x=3时达到最大值,比未掺K+增强约55%。在此基础上研究了不同电荷补偿离子对荧光粉发光性能的影响,其中Na+对荧光粉发光的增强效果最好,Li+次之,K+的效果最弱,这源于取代离子半径不同造成的晶格扭曲。所有种类电荷补偿剂的加入使荧光粉的荧光寿命缩短,并且增加了红光与橙光强度比,从各个方面优化了BMN:Eu荧光粉的发光性能。(3)采用湿化学法制备了BMN:Dy荧光粉,并研究其结构与发光性能。BMN:Dy荧光粉在368 nm紫外激发光下,可以观察到490 nm的蓝光和584 nm黄光发射,分别源于磁偶极跃迁4F9/2-6H15/2和电偶极跃迁4F9/2-6H13/2,具有良好的下转换发光特性。其490 nm的蓝光发光强度大于584 nm黄光,说明Dy3+占据反演中心位点,取代Ba2+占据1a位点,具有D3d点对称性。(4)研究了Eu3+、Dy3+共掺BMN荧光粉的发光性能。该荧光粉同时具有Eu3+和Dy3+发光特性,在Eu3+的615 nm监测光下,可以同时观察到Eu3+和Dy3+的紫外激发峰,说明Dy3+向Eu3+发生了能量传递,这使荧光粉具有了更宽的激发范围。在365 nm激发光下,可发出Dy3+的蓝、黄光和Eu3+的红光。保持Dy3+浓度不变,随着Eu3+掺杂浓度升高,Dy3+因能量传递作用发光强度逐渐减弱,荧光寿命缩短,该能量传递为电-电偶极的相互作用,同时荧光粉的发光颜色从绿光变为白光再变为橙红光,通过调整Eu3+、Dy3+的浓度可实现伪白光发射。
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