基于(Gd,Y)AG:Ce荧光材料的设计、合成及性能研究

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本文以Ce3+、Mn4+、Mn4+/LN2+(LN2+=Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+)、Mn2+/Si4+/Ce3+、Ga3+/Ce3+和Mg2+/Si4+/Ce3+掺杂(Gd,Y)AG为研究对象,运用共沉淀技术和高温固相法合成目标产物。通过对不同激活剂离子掺杂的(Gd,Y)AG荧光粉进行系统分析,利用Gd3+较低的电负性,中和电价,稀土离子之间的能量传递优化荧光材料的性能,实现荧光色的有效调控,主要获得了以下研究成果:(1)、运用共沉淀技术成功制备了(Gd0.8-xY0.2Cex)3Al5O12(x=0.005-0.02)黄色荧光粉。前驱体的化学组成可以表达为(NH4x(Gd,Y,Ce)Al(OH)y(CO3z·nH2O。Y3+与Ce3+的掺杂并未改变荧光粉晶体结构,Y3+的添加能够稳定钆铝石榴石的晶体结构,防止其发生高温热分解。该系荧光粉颗粒分散性好,尺寸形貌均一。Gd2.4-xY0.6CexAl5O12(x=0.003-0.02)样品在469 nm波长激发下,材料的主发射波长位于~575 nm,色坐标为(0.49,0.50),位于黄光区。Ce3+猝灭浓度为1 at.%,与理论猝灭浓度一致,由Ce3+-Ce3+之间能量传递导致。经高低温PL光谱测试分析表明荧光粉的活化能约为Ea=0.3061 eV,具有良好的热稳定性;(2)、运用共沉淀技术成功制备了Gd2.4Y0.6(Al1-xMnx)5O12(x=0.0002-0.001)荧光粉。该系列荧光粉在Mn4+的特征激发波长322 nm波长激发下获得发射峰位于677 nm处的高效红光发射。Mn4+的最佳掺量为0.02 at.%,与理论猝灭浓度一致,荧光猝灭是由电偶极子-四偶极子之间的能量作用导致。利用电荷补偿机制,提高了材料的红光发射性能。通过高温PL光谱分析,可知该荧光粉的活化能为Ea=0.147 Ev,表明其具有良好的热稳定性。通过计算,该体系前驱体经1500℃煅烧所得荧光粉在322 nm处的荧光寿命为0.13±0.01 ms。(3)、利用高温固相法成功制备了(Gd,Y)2.97(Al1-2xMnxSix)5O12:Ce0.03(x=0.005-0.15)系列荧光粉。在461 nm波长激发下,Ce3+的荧光强度随着Mn2+离子含量的增加而下降,间接证明Ce3+→Mn2+的能量传递,能量传递效率最高为95.89%。随着Mn2+的含量增加,材料的荧光发射由黄光区过渡到橙红光区,最终到达黄绿光区。Mn2+的最佳掺量为5at.%,猝灭类型是由Mn2+-Mn2+间能量传递。(4)、分别运用共沉淀技术和高温固相法成功制备了(Gd,Y)3(Al1-x-x Gax)5O12:Ce3+(x=0.1-0.8)系列荧光粉和(Gd,Y)3(Al1-2xMgxSix)5O12:Ce3+(x=0.05-0.4)系列荧光粉。前者随着Ga3+的掺杂,Ce3+荧光发射由~575 nm蓝移至~549 nm,相对应的色坐标由黄光区转移到黄绿光区。后者随着Mg2+/Si4+的掺杂,Ce3+的荧光发射从~575 nm红移至~592 nm,相应的荧光发射由黄光区转移到橙红光区。
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