白钨矿结构钨酸盐红色荧光粉的制备及发光性能研究

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为了研制出具备高色纯度和发光强度的白光LED用红色荧光粉,本论文采用多种方法制备并研究了CaGd2(WO44:Eu3+和NaCaGd(WO43:Eu3+两种钨酸盐荧光粉,主要内容如下:(1)采用水热法成功制备了新型白光LED用CaGd2(WO44:Eu3+红色荧光粉。重点研究了原料配比、初始溶液pH值、水热温度、反应时间和Eu3+掺杂浓度对CaGd2(WO44:Eu3+系列红色荧光粉微观结构及发光性能的影响。结果表明:当原料配比阴离子:阳离子为1.5:1,初始溶液pH值为8,在160℃下水热16h后可以合成单相四方晶系白钨矿结构的CaGd2(WO44:Eu3+荧光粉,并且样品颗粒呈现出形貌规整、尺寸均匀的四方片状。CaGd2(WO44:Eu3+系列荧光粉均可被394nm的近紫外光和465nm的蓝光激发,发射峰峰值在617nm处。Eu3+发射峰的强度随着水热合成反应的工艺参数和Eu3+掺杂浓度的变化而变化,p H值为8时,在160℃下反应16h合成的CaGd1.1(WO44:0.9Eu3+样品发光性能最佳。此外,研究了不同温度下CaGd1.1(WO44:0.9Eu3+荧光粉的发光特性,并对其温度淬灭过程进行分析,计算热激活能ΔE约为0.35eV。最后,研究了退火工艺对荧光粉发光性能的影响,结果表明高温退火可以有效提高红色荧光粉的发光强度和色纯度。(2)采用共沉淀法制备了CaGd2(WO44:Eu3+红色荧光粉,通过控制改变陈化时间、煅烧温度等条件,制备出性能优异的发光材料。当前驱体陈化12h,煅烧温度为900℃时,可以得到单相白钨矿结构的CaGd2(WO44:Eu3+红色荧光粉,荧光粉颗粒呈多面体形状,平均粒径约为1μm。此外,荧光光谱表明CaGd2(WO44:Eu3+荧光粉在近紫外光(394nm)激发下可发射出明亮的红光(617nm),且Eu3+的最佳掺杂浓度为0.8。(3)采用溶胶-凝胶法制备了CaGd2(WO44:Eu3+红色荧光粉,研究了煅烧温度、柠檬酸剂量及Eu3+掺杂浓度对制备的荧光粉发光性能的影响。研究表明,溶胶-凝胶法在750℃下即可合成单相CaGd2(WO44:Eu3+荧光粉,且随着煅烧温度的升高,样品的结晶状态和颗粒半径逐渐增大。发射光谱显示该荧光粉能够发射出较好的红光(617nm),且发光强度随着Eu3+的掺杂浓度和工艺参数的变化而变化。阳离子与柠檬酸的最佳比例为1:1.5;最佳煅烧温度为950℃;Eu3+离子最佳掺杂浓度为0.7。(4)采用高温固相法制备了CaGd2(WO44:Eu3+红色荧光粉,XRD图谱显示,高温固相法制备的荧光粉是单斜晶系的白钨矿结构,而液相法是四方晶系的白钨矿结构。通过对比发现,水热法制备出的荧光粉具有最高的Eu3+掺杂浓度,共沉淀法制备出的荧光粉发光强度和色纯度最高。(5)采用水热法成功制备了NaCaGd(WO43:Eu3+红色荧光粉。探究了初始溶液pH值、水热反应温度及反应时间对样品的物相结构以及发光性能的影响。结果表明:初始溶液p H值为9,在180℃下反应16h可合成结晶良好,形貌规整的单相NaCaGd(WO43:Eu3+样品。NaCaGd(WO43:Eu3+具有四方晶系的白钨矿结构,空间群为I41/a。在近紫外光(394nm)和蓝光(465nm)激发下,NaCaGd(WO43:Eu3+荧光粉呈现典型的红色发射,且发射峰强度随着Eu3+掺杂浓度的增大而单调增强。此外,为了进一步明确Na CaGd(WO43:Eu3+荧光粉的发光机制,采用Judd-Ofelt理论计算了该材料基质的折射率和Eu3+离子的荧光分支比等参数。最后,对NaCaGd(WO43:Eu3+荧光粉的热稳定性进行了分析。
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