稀土掺杂的CaMoO4荧光粉的发光性质及能量传递机制的研究

摘要

白光LED作为一种新型高效节能的光源具有光源尺寸小、耗电量低、寿命长、亮度高等特点受到了广泛关注。传统实现白光LED的方案中，蓝光激发的YAG:Ce3+黄色荧光粉是一种已商业化的、且较为常用的荧光粉。但利用这种方案制成的LED因其红光成分偏低，色温偏高，所以就需要添加额外的红色荧光粉加以改善，但由于不同基质的荧光粉间会发生相互作用，进而会影响稀土离子的发光效率。因此合成一种红光成分高于YAG: Ce3+黄色荧光粉的单基质荧光粉成为我们研究的方向。
　　本文采用化学沉淀法分别合成了单掺Tb3+的CaMoO4荧光粉，Tb3+的掺杂浓度分别为2％、3%、4%、5%、6%、7%、8%；Tb3+，Eu3+共掺杂的CaMoO4荧光粉，其中Tb3+的掺杂浓度为5%，Eu3+的掺杂浓度分别为0、0.3%、0.5%、1%、3%、5%、7%、10%；Eu3+掺杂浓度为10%的CaMoO4荧光粉；Tb3+，Sm3+共掺杂的CaMoO4荧光粉，其中Tb3+的掺杂浓度为5%，Sm3+的掺杂浓度分别为0、0.1%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%。通过X射线衍射仪（XRD）以及场发射扫描电镜（FE-SEM）对各样品的晶体结构和形貌进行表征，通过XRD测试结果与标准PDF卡片比对，表明我们制备的样品为体心四方相的白钨矿结构，通过扫描电镜照片看出晶粒分布均匀，粒径约为1μm，这种小粒径且分布均匀的荧光粉对于LED的封装以及荧光粉的涂覆工艺都会起到积极的作用。通过对Tb3+掺杂的CaMoO4荧光粉的发射光谱进行分析，发现当Tb3+掺杂浓度为5%时，486nm激发下样品中Tb3+的5D4→7F5的发光强度最强。因此在后续的共掺杂实验中选择Tb3+掺杂浓度为5%.利用Tb3+,Eu3+共掺杂CaMoO4合成一种单一基质的黄色荧光粉，并且可以通过调节Tb3+和Eu3+的掺杂比例使得荧光粉发光颜色从绿色到红色转变，当Eu3+掺杂浓度为1%，Tb3+的掺杂浓度为5%时，样品的色坐标（0.466，0.524）与YAG:Ce(0.461,0.525)非常接近，并且可以弥补 YAG: Ce黄色荧光粉红光成分偏低的缺点。测量了 CaMoO4荧光粉的光致发光光谱和荧光衰减曲线，发现了Tb3+到Eu3+以及Tb3+到Sm3+存在着能量传递，计算了能量传递速率和能量传递效率，判断了稀土离子 Tb3+到 Eu3+以及 Tb3+到Sm3+的能量传递类型为电偶极—电偶极相互作用。当 Tb3+掺杂浓度为5%，Sm3+掺杂浓度为0.1%时，CaMoO4荧光粉的发光颜色随激发波长变化最为明显，此掺杂浓度的荧光粉有潜力应用在防伪技术领域。
　　本研究主要内容包括：⑴采用沉淀的方法制备样品，与其他合成方法相比具有合成周期短、操作简单、省时、制备的样品分布均匀等优点。⑵当Tb3+的掺杂浓度为5%时，Eu3+的掺杂浓度为1%时，荧光粉在486 nm激发下的色坐标值为（0.466，0.524），这与YAG:Ce荧光粉的色坐标（0.461，0.525）非常接近，这可以改善白光 LED产生的白光色彩还原性较差的缺点，增加白光LED中的红光成分。⑶通过比较掺杂10% Eu3+和掺杂5% Tb3+,10% Eu3+共掺杂的荧光粉中Eu3+的发射强度，发现Tb3+的引入会增强Eu3+的发光强度，改善了荧光粉的发光性能，通过对激发光谱发光强度的对比发现，Tb3+的引入可以使 Eu3+发光强度增加近50%。⑷当Tb3+掺杂浓度为5%，Sm3+掺杂浓度为0.1%时，荧光粉分别在274 nm、378 nm和405 nm激发下的色坐标的标准差最大，说明此掺杂浓度下的荧光粉的颜色随激发波长变化最明显，表明此掺杂浓度下的荧光粉可能应用于防伪技术领域。

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第1章 绪 论

1.1 发光材料简介

1.2 稀土离子的光谱理论

1.3 白光LED的发展史

1.4 白光LED的获得方案

1.5 白光LED对荧光粉性能的要求

1.6 稀土离子间的能量传递和浓度猝灭

1.7 稀土掺杂钼酸盐发光材料的研究现状

1.8 本论文的主要研究的目的、内容及意义

第2章 荧光粉的制备方法及表征

2.1 荧光粉常用的制备方法

2.2 样品的制备

2.3 荧光粉的表征

2.4 荧光粉的光谱测量

第3章 Tb3+掺杂的CaMoO4荧光粉的制备及其光致发光光谱性质

3.1 CaMoO4:Tb3+荧光粉的晶体结构和形貌

3.2 CaMoO4:Tb3+荧光粉的光谱性质

3.3 小结

第4章 Tb3+/Eu3+共掺杂的CaMoO4荧光粉的晶体结构、形貌和光谱性质

4.1 荧光粉的制备

4.2 Tb3+/Eu3+共掺杂的CaMoO4荧光粉的晶体结构和形貌

4.3 Tb3+/Eu3+共掺杂的CaMoO4荧光粉的光致发光光谱性质

4.4 小结

第5章 Tb3+/Eu3+共掺杂的CaMoO4荧光粉能量传递的研究

5.1 Tb3+/Eu3+共掺杂的 CaMoO4荧光粉中 Tb3+到 Eu3+能量传递效率、速率及能量传递类型

5.2 小结

第6章 Tb3+/Sm3+共掺杂的CaMoO4荧光粉的晶体结构、形貌和光谱性质

6.1 荧光粉的制备

6.2 Tb3+/Sm3+共掺杂的CaMoO4荧光粉的晶体结构和形貌

6.3 Tb3+/Sm3+共掺杂的CaMoO4荧光粉的光致发光光谱性质

6.4 Tb3+/Sm3+共掺杂的CaMoO4荧光粉在防伪技术领域的应用

6.5 本章小结

第7章 Tb3+/Sm3+共掺杂的CaMoO4荧光粉能量传递的研究

7.1 通过荧光粉的荧光衰减曲线计算平均寿命

7.2 荧光粉的能量传递效率、速率

7.3 Tb3+/Sm3+共掺杂的CaMoO4荧光粉中Tb3+与Sm3+间的平均距离及Tb3+到Sm3+的能量传递类型

7.4 小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢