基于β-Ca3(PO4)2结构荧光粉的制备及性能研究

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白光LED具有节能环保、安全系数高和寿命长等优点,是最具优势的新一代固态照明光源。荧光转换是实现LED白光发射的主要方式,但现有荧光粉体系存在的种种弊端严重限制了WLED的普遍应用,探寻优质高效的新型荧光粉任重而道远。基于β-Ca3(PO42结构化合物优秀的物化性能,本文通过高温固相还原反应制备一系列具有此结构的磷酸盐基荧光粉,依据敏化离子和激活离子之间的能量传递理论,围绕稀土离子和过渡金属离子不同掺杂组合方式展开研究工作。采用高温固相法制备Ca9NaZn(PO47:Ce3+,Mn2+红光荧光粉和Ca9NaZn(PO47:Ce3+,Tb3+绿光荧光粉。该体系中,Ce3+离子的最佳掺杂浓度为0.02 mol%,Ca9NaZn(PO47:Ce3+,Mn2+荧光粉的发射光谱由373 nm处Ce3+离子的宽带发射峰和643 nm处Mn2+离子的宽带发射峰组成,Ca9NaZn(PO47:Ce3+,Tb3+荧光粉的发射光谱由373 nm处Ce3+离子的宽带发射峰和主发射峰为643 nm的Tb3+离子的四处发射峰组成,从能量传递的理念出发,Ce3+→Mn2+和Ce3+→Tb3+间存在高效的非辐射能量传递作用,计算分析能量传递机制分别以偶极子-四极子相互作用和四极子-四极子相互作用为主,在Ce3+离子敏化作用下,Mn2+和Tb3+离子的发光性能显著增强,调控Ce3+-Mn2+和Ce3+-Tb3+相对离子掺杂浓度,可观察到发光颜色从蓝紫色分别变化到红色和绿色的趋势,是一种紫外光激发颜色可调单相荧光粉。采用高温固相法制备Ca8MgBi(PO47:Eu2+,Mn2+新型紫外光激发荧光粉。该体系荧光粉表现出峰值为330 nm的宽带激发光谱,Eu2+离子单掺Ca8MgBi(PO47:Eu2+荧光粉发射宽带峰值为416 nm的蓝紫光,Eu2+-Mn2+离子共掺Ca8MgBi(PO47:Eu2+,Mn2+荧光粉为橙红光发射,发射光谱由两部分组成,分别为位于420 nm处Eu2+的宽带发射峰和610 nm处Mn2+离子的宽带发射峰,离子间存在有效的能量传递效应,能量传递机制主要为偶极子-偶极子相互作用。通过对Eu2+-Mn2+离子相对浓度的调节,可以实现荧光粉发光颜色的控制,是一种高效的适用于紫外光激发的白光LED用荧光粉。采用高温固相法制备Ca19Mg2(PO414:Ce3+,Tb3+,Mn2+单相白光发射荧光粉。对该体系荧光粉的发光性能和离子间能量传递过程进行系统分析,在Ca19Mg2(PO414基质中,Ce3+和Tb3+,Mn2+间存在有效的能量传递作用,使Tb3+,Mn2+离子的发光性能显著提高。紫外光激发下,三离子掺杂Ca19Mg2(PO414:Ce3+,Tb3+,Mn2+荧光粉发射光谱由三种离子的特征发射峰共同组成,发射峰分别为Ce3+离子的377 nm宽带发射,Tb3+离子的四个发射峰,其中最强发射主峰位于545 nm处,Mn2+离子的650 nm宽带发射,通过调节相对掺杂离子浓度可实现对发光颜色的调控,最终获得一种单相白光发射荧光粉。
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