近紫外基白光LEDs用稀土离子掺杂Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8荧光粉的制备及性能调控

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采用高温固相法,以Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8为基质,通过掺杂稀土离子Eu2+、Ce3+或Tb3+,合成了一系列新型荧光粉。通过基质调控和能量传递改善了材料发光性能,并深入分析了材料性能变化的原因,具体的研究结果如下:(1)合成了一系列Eu2+离子掺杂的Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8蓝光发射荧光粉。通过研究样品的XRD,发射光谱,温度特性以及寿命衰减特性分析Eu2+离子在基质中的取代优先性。结果表明,当Eu2+离子浓度较低时,Eu2+离子优先取代Ca2+离子;而当Eu2+离子浓度较高时,Eu2+离子优先取代Sr2+离子。此外,在近紫外光激发下,随着Eu2+离子浓度的增加,样品的发射光谱出现红移和半峰宽变宽的现象。发光颜色由深蓝逐渐变成浅蓝,这是晶体场效应与Eu2+离子间能量传递共同作用的结果。并将本荧光粉与商业荧光粉混合封装得到暖白光,其最大发光效率可以达到45 lm/W。这些结果表明Eu2+离子掺杂的Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8荧光粉有望作为近紫外激发的蓝色荧光粉应用于白光LED领域。(2)通过两种方式改变基质组分调控Eu2+离子在Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8荧光材料的发光性能。第一种方式采用Si-Na部分取代Al-Sr合成Sr0.77-yNay Ca0.2Al2-ySi2+yO8:0.03Eu2+(y=00.7),第二种方式采用改变Ca2+和Sr2+的比例合成Sr0.97-zCazAl2Si2O8:0.03Eu2+(z=01)荧光粉。通过分析样品的XRD,常温发射光谱,高温发射光谱,寿命衰减特性,色坐标以及量子效率详细研究了两种方式对其发光特性的影响。结果表明,两种改变方式都不会影响基质相的纯度,且都会使样品的发射出现红移现象。更值得注意的是,对于第一种方式,随着Si-Na的增加,样品的温度稳定性得到显著提高;而对于第二种方式来说,Ca2+和Sr2+共存时样品的温度稳定性要比CaAl2Si2O8:0.03Eu2+和SrAl2Si2O8:0.03Eu2+的热稳定性更高,说明调控基质组分是提高荧光粉的温度稳定性的一个有效途径。研究结果表明通过基质调控可以获得颜色可调,温度稳定特性高,量子效率高的发光材料。(3)合成了一系列Ce3+离子掺杂的Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8蓝色荧光粉,之后调节Al3+离子和Si4+离子比例的合成Sr0.8Ca0.13Al2+gSi2-gO8:0.07Ce3+(g=00.7)荧光粉。通过研究样品的XRD,发射光谱,寿命衰减曲线详细分析了Ce3+离子在Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8中的发光以及Al3+离子部分取代Si4+离子对其发光特性的影响。结果表明Ce3+在Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8表现为蓝光发射,当Al3+离子部分取代Si4+离子时,晶胞逐渐扩张,使得Ce3+离子局部环境松弛、5d能级劈裂减弱以及有效发光中心增多,样品的发射光谱出现蓝移、半峰宽变窄、发射峰强度增强的现象。从而获得半峰宽窄,纯度高的蓝色荧光粉。(4)合成了一系列Eu/Tb掺杂的Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8荧光粉,通过激发和发射光谱以及寿命详细分析Eu2+,Tb3+,Eu3+离子的发光以及能量传递关系。研究表明在空气氛围合成的Eu掺杂的Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8荧光粉的发射光谱出现Eu2+,Eu3+离子的发射峰,Tb3+离子呈绿光发射。当Eu,Tb共掺时,在空气为气氛合成的Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8:Eu,Tb样品的发射光谱中没有发现Tb3+离子的特征发射,而在还原条件下合成的Sr0.8Ca0.2Al2Si2O8:Eu,Tb样品的发射光谱中存在Tb3+离子的发射峰。这是因为存在两种能量传递形式:Eu2+向Tb3+有能量传递、Tb3+向Eu3+有能量传递,而后者的能量传递效率要远远大于前者。此结果对于基于能量传递改变荧光粉发光特性具有重要意义。
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