稀土掺杂单组分白色荧光粉的制备及性能研究

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商业使用的白光LED主要通过蓝光芯片和黄色荧光粉复合获得白光,显色指数较低,无法满足一些特殊的照明要求。为了获得高显色指数的白光LED,一些研究者们提出了采用紫外光激发白色荧光粉来获得白光的解决方案。因此研究出一种高性能的紫外光激发单一组分白色荧光粉成为了白光LED的重点研究方向。本文通过高温固相法和水热法分别制备了一系列Dy3+/Tm3+离子掺杂的Na Gd(Mo O4)2(NGM)荧光粉和Dy3+/Eu3+离子掺杂的Na YF4荧光粉。通过XRD、SEM、荧光光谱等测试分析了荧光粉的材料组成以及发光性能,具体如下:通过高温固相法合成了NGM:x Dy3+荧光粉和NGM:y Tm3+荧光粉,并使用VASP软件包模拟计算了NGM晶体的能带结构和态密度。XRD分析表明所制备的荧光粉为四方相的NGM,Dy3+和Tm3+离子均取代了Gd3+离子进入晶格中。在紫外光激发下,NGM:x Dy3+和NGM:y Tm3+荧光粉分别发射出明亮的黄光和蓝光。通过改变Dy3+和Tm3+离子的掺杂浓度,发现当x=0.06,y=0.12时,荧光粉的发光强度最强。最后还研究了两种稀土离子在NGM材料中的浓度猝灭机理和发光机理。通过高温固相法合成了一系列Dy3+和Tm3+离子共掺杂的NGM荧光粉。EDS能谱表明掺杂的稀土离子在样品中均匀分布,XPS分析则证明Dy、Tm和Gd元素在NGM荧光粉中以+3价的氧化态存在。在364 nm波长激发下,NGM:0.06Dy3+,0.12Tm3+荧光粉发射出色坐标为(0.3334,0.3310)的白光,并且具有卓越的热稳定性能,温度升高至423 K也能保持86.1%的相对强度。通过水热法制备了Na YF4:x Dy3+荧光粉和Na YF4:0.03Dy3+,y Eu3+荧光粉。XRD分析表明所制备的荧光粉为六方相结构,且Dy3+和Eu3+离子取代了Y3+离子进入晶格。SEM测试显示荧光粉的微观形貌为中空六棱柱组成的海胆状结构。在紫外光的激发下,Na YF4:x Dy3+荧光粉发射出青白色的光,最佳发光浓度为x=0.03,由电偶极-偶极相互作用主导Dy3+离子的浓度猝灭。通过共掺杂Eu3+离子补充红光发射后,Na YF4:0.03Dy3+,0.04Eu3+荧光粉在361 nm波长光激发下发射出色坐标为(0.3353,0.3363)的白光。荧光光谱和荧光寿命分析表明Eu3+离子向Dy3+离子传递能量。
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