单掺或共掺稀土离子的硅酸盐及钛酸盐发光材料的性能研究

摘要

以硅酸盐和钛酸盐为基质，采用稀土离子单掺或共掺制备可用于白光LED的荧光粉并研究了材料的合成及其光学性能。采用高温固相法制备了适合近紫外激发的红色荧光粉硅酸盐材料和红色长余辉钛酸盐材料。X射线粉末分析仪分析荧光粉的晶相和结构。发光材料的光学性能由荧光光谱仪、瞬态荧光寿命光谱仪、热释光谱仪、单光子计数设备进行了分析。主要内容如下:
　　(1)利用高温固相法合成了Eu3+单掺以及Bi3+、Eu3+离子共掺的BaY2Si3O10红色发光荧光粉。Eu3+作为激活中心，其特征发射5D(0)→7FJ(J=0～4)包含5个发射带:579nm，592nm，615 nm，652 nm和705nm，皆属于禁戒跃迁。其中最强发射峰位于波长615 nm处，属于红光发射，分析表明晶格中Eu3+处在一个低对称格位（无反演中心）的位置。由于晶体场的影响，最强发射劈裂为三个发射峰:610 nm，615 nm和626nm。发射强度存在浓度猝灭效应，Eu3+的最佳掺杂浓度为0.4摩尔百分比，超过时发射强度急剧地减小。激发光谱显示该荧光粉适合于近紫外led芯片激发，可以用于白光LED的红色荧光粉或者蓝+黄模式下红光补偿。Bi3+，Eu3+共掺的BaY2Si3O10∶ Bi3+，Eu3+中存在一个Bi3+到Eu3+间有效的能量传递通道。当荧光粉被285 nm紫外光激发时，Bi3+的345 nm的近紫外宽带发射会促进和提升Eu3+红光发射。且Eu3+浓度的增加会导致Bi3+的宽带紫外发射(345 nm)强度减弱，同时Eu3+的红光发射显著增强。能量传递效率也随之提高。在共掺下Eu3+的最佳浓度亦为0.4摩尔百分比，浓度再增大时发射强度发生猝灭。实验结果显示Bi3+共掺对荧光粉的电荷转移带(200-350nm)的激发效率有明显改善和提升，能量传递机制依靠电四极-四极相互作用，Bi3+到Eu3+间的能量传递的临界作用距离是1.604 nm。
　　(2)采用高温固相法制备了一系列颜色可调的BaY2Si3O10∶Ce3+，Mn2+荧光粉，激发和发射光谱显示该荧光粉的吸收范围在250nm-450nm，发射特性在400nm-650nm区域，主要呈现橙红光发射(600nm)。通过荧光寿命测试发现Ce3+的荧光寿命衰减支持了Ce3+到Mn2+间存在电偶极-电偶极能量传递，随着Mn2+的浓度增加，600nm光发射逐渐增强，同时伴随着发射颜色的变化，从CIE色坐标看，发射从蓝光(0.156，0.078)可以被掺杂调制到橙红光(0.5224，0.3094)。这一有趣的结果表明BaY2Si3O10∶Ce3+，Mn2+具有非常大的应用潜力和使用价值的荧光粉。
　　(3)余辉材料能克服白光LED的频闪问题和实现更加节能化，因此红色长余辉发光材料也引起了我们的研究兴趣。Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+/Ca0.8Zn0.2TiO3∶Pr3+，Eu3+采用固相法合成出来。样品的光致发光和热释光谱被测试并分析了了样品的结构和发光特性。Zn的加入可以改善磷光体的初始发光亮度，产生新的陷阱能级ZnTi

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．1．1 课题背景及意义

1．1．2 发光二极管的历程

1．2 白光发光二极管的研究进展

1．2．1 白光LED的实现方法

1．2．2 白光LED用荧光粉发光性能评价

1．2．3 用于制作白光LED荧光粉性能要求

1．2．4 白光LED用红色荧光粉研究现状

1．2．5 LED荧光粉的制备方法

1．3 本论文的研究背景及课题的提出

1．3．1 课题的研究背景

1．3．2 课题提出

1．3．3 论文的创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器

2．3 样品的制备

第三章 Bi3+共掺对BaY2Si3O10：Eu3+红光调制作用研究

3．1 引言

3．2 样品的合成

3．3 结果与讨论

3．3．1 物相和晶体结构

3．3．2 荧光粉BaY2Si3O10：Bi3+光学特性

3．3．3 荧光粉BaY2Si3O10：Eu3+光学特性

3．3．4 BaY2Si3O10：Bi3+，Eu3+光学特性

3．3．5 能量传递机制

3．4 本章小结

第四章 BaY2Si3O10：Ce3+，Mn2+荧光粉的发光性能及能量传递

4．1 引言

4．2 实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 物相和晶体结构

4．3．2 荧光粉BYS：Ce3+和BYS：Mn2+的发光特性

4．3．3 Ce3+对Mn2+发光的敏化作用

4．3．4 Ce3+对Mn2+的能量传递机理

4．4 本章小结

第五章 共掺Zn，Eu对CaTiO3：Pr3+发光及余辉性能的影响

5．1 引言

5．2 实验

5．3 结果与讨论

5．3．1 样品的XRD分析

5．3．2 荧光粉Ca0．8Zn0．2TiO3：Eu3+光学特性

5．3．3 共掺杂Pr3+，Eu3+的Ca0．8Zn0．2TiO3光谱特性

5．4 Pr3+，Eu3+共掺CZTO的热释光谱和余辉光谱图

5．4．1 热释光曲线图

5．4．2 余辉衰减曲线

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢