稀土掺杂Sr3Al2O5Cl2长余辉与Ba3Gd(PO4)3荧光粉的发光特性研究

摘要

本文采用高温固相法成功合成了Sr3Al2O5Cl2:R3+、Sr3Al2O5Cl2: Eu2+，R3+和Sr3Al2O5Cl2: Eu2+, R13+, R23+(其中R3+、R13+和R23+=Ce3+、Pr3+、Nd3+、Sm3+、Eu2+、Gd3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+和Yb3+)多种系列长余辉发光材料以及Ba3Gd(PO4)3:Ce3+，Mn2+紫外激发LED荧光粉。利用XRD确认了合成样品的物相结构，使用漫反射光谱、激发与发射光谱和余辉衰减表征材料的发光特性，采用热释光谱研究晶体缺陷的类型。本论文做的主要工作如下:
　　(1)采用高温固相法在800℃较低温度首次合成高亮度橙红色Sr3Al2O5Cl2:Eu2+长余辉发光材料，余辉亮度1.15 cd/m2，余辉时间长达3h(＞0.32mcd/m2)。合成温度对Sr3Al2O5Cl2:Eu2+长余辉发光性能有很大影响，合成温度越高，余辉效果越差，800℃为最佳合成温度。同时，最佳的Eu2+离子掺杂比例实验测定为0.5％Eu2+。
　　(2)研究发现Sr3Al2O5Cl2:R3+表现为多种颜色长余辉发光特性，包括蓝色Sr3Al2O5Cl2:Ce3+，蓝绿色Sr3Al2O5Cl2:Pr3+，黄绿色Sr3Al2O5Cl2:Tb3+和橙红色Sr3Al2O5Cl2:Eu2+长余辉材料，通过合适比例的混合，可合成各种色温的高显色白色长余辉，实现三基色长余辉发光的应用要求。
　　(3)发现单基质白色长余辉发光材料Sr3Al2O5Cl2:Dy3+，余辉亮度0.78cd/m2，余辉时间长达1.5h，余辉光谱由两部分线状谱组成，白光长余辉色温纯正，位于普朗克黑体辐射线上，显色指数高。
　　(4)共掺杂Sr3Al2O5Cl2:Eu2+，R3+发光材料中，Sr3Al2O5Cl2:Eu2+，Pr3+初始余辉亮度是Sr3Al2O5Cl2:Eu2+的5倍;Sr3Al2O5Cl2:Eu2+，Tm3+余辉衰减速度最慢，余辉衰减常数接近1500s; Sr3Al2O5Cl2:Eu2+，Ce3+初始余辉亮度为2.24cd/m2，是是Sr3Al2O5Cl2:Eu2+的2倍，余辉时间长达4h(＞0.32mcd/m2)。
　　(5)最佳稀土离子掺杂长余辉发光材料Sr3Al2O5Cl2:Eu2+，Pr3+，Tm3+，初始余辉亮度3.35 d/m2，余辉时间长达5h(＞0.32mcd/m2)，暗室裸眼观察余辉时间长达10h。选择合适稀土离子的共掺杂可以有效地提高长余辉材料的发光性能。
　　(6)稀土离子共掺杂Sr3Al2O5Cl2长余辉发光材料热释光谱，与纯Sr3Al2O5Cl2晶体的热释光谱相似，可能存在同样的直接影响余辉发光性能的基质晶体的杂质缺陷能级，共掺杂稀土离子不改变杂质缺陷能级的类型，但可改变基质杂质缺陷能级的深度和陷阱中心的浓度，以及改变陷阱能级俘获和释放载流子的方式，提高长余辉发光材料的余辉亮度和延长余辉时间。
　　(7)研究发现了发光颜色可调节的Ba3Gd(PO4)3:Ce3+，Mn2+LED荧光粉，310nm紫外光激发可产生364nm的宽带蓝紫光谱和610nm的宽带橙红色光谱，通过改变Ce3+和Mn2+离子的掺杂比例，可获得从蓝紫色、紫红色到橙红色光变化的发光光谱。Ce3+离子和Mn2+离子之间的临界距离计算值为12.23(A)，能量传递机制为电偶极-电偶极相互作用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 长余辉发光材料

1．2．1 长余辉发光材料简介

1．2．2 长余辉发光材料发展历程

1．2．3 红色长余辉发光材料

1．3 长余辉发光机理

1．3．1 Matsuzawa模型

1．3．2 Dorenbos模型

1．3．3 Clabau模型

1．3．4 位型坐标模型

1．4 LED荧光粉

1．5 无机发光材料合成方法

1．5．1 高温固相法

1．5．2 沉淀法

1．5．3 溶胶-凝胶法

1．5．4 水热法

1．5．5 燃烧法

1．5．6 喷雾热解法

1．5．7 微波合成

1．6 课题的提出及研究内容

第二章 实验

2．1 实验试剂

2．2 实验设备

2．3 样品合成

2．3．1 高温固相法

2．3．2 燃烧合成法

2．4 样品表征方法

2．4．1 粉末X射线衍射

2．4．2 激发与发射光谱

2．4．3 衰减曲线

2．4．4 热释发光

2．3．5 发光性能

2．3．6 漫反射光谱

2．3．7 色坐标计算

第三章 Sr3Al2O5Cl2：Eu2+长余辉发光特性研究

3．1 引言

3．2 样品合成与测试

3．3 结果讨论

3．3．1 XRD衍射

3．3．2 光谱特性

3．3．3 余辉性能

3．3．4 热释光谱

3．3．5 余辉动力学

3．4 本章小结

第四章 Sr3Al2O5Cl2：Eu2+，Ce3+长余辉发光特性研究

4．1 引言

4．2 样品合成与测试

4．3 结果讨论

4．3．1 XRD衍射

4．3．2 光谱特性

4．3．3 余辉性能

4．3．4 热释光谱及余辉动力学

4．3．5 余辉机理

4．4 本章小结

第五章 Sr3Al2O5Cl2：Tb3+长余辉发光特性研究

5．1 引言

5．2 样品合成与测试

5．3 结果讨论

5．3．1 XRD衍射

5．3．2 光谱特性

5．3．3 余辉性能

5．3．4 热释光谱

5．3．5 余辉机理

5．4 本章小结

第六章 稀土掺杂Sr3Al2O5Cl2长余辉发光规律研究

6．1 引言

6．2 样品合成与测试

6．3 结果讨论

6．3．1 XRD衍射

6．3．2 光谱特性

6．3．3 余辉光谱

6．3．4 Sr3Al2O5Cl2：Eu2+／R3+余辉衰减和热释光谱

6．3．5 Sr3Al2O5Cl2：Eu2+，R3+余辉衰减和热释光谱

6．3．6 Sr3Al2O5Cl2：Eu2+，R13+，R23+余辉衰减和热释光谱

6．3．7 Sr3Al2O5Cl2余辉亮度和余辉时间规律

6．3．8 稀土掺杂Sr3Al2O5Cl2系列发光材料热释光谱规律

6．3．9 余辉机理

6．4 本章小结

第七章 Ba3Gd(PO4)3：Ce3+，Mn2+LED荧光粉研究

7．1 引言

7．2 实验与测试

7．3 结果讨论

7．3．1 晶体相结构

7．3．2 光致发光和能量传递特性

7．4 结论

总结与展望

一、研究总结

1．稀土掺杂Sr3Al2O5Cl2长余辉发光材料

2．LED荧光粉Ba3Gd(PO4)3：Ce3+，Mn2

二、后续研究展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢