白光LED用Eu3+掺杂的钨酸盐红色荧光粉的制备及发光性能研究

摘要

白光LED由于其节能、环保等诸多优势而被称为第四代照明光源。荧光体转换是获取白光LED的主要途径之一。目前，迫切需要能够被蓝光或近紫外光有效激发的红色发射荧光粉材料，尤其是能够被近紫外光有效激发的红色发射荧光粉材料。在本工作中，我们主要研究适用于近紫外 LED激发的Eu3+掺杂的钨酸盐纳米红色荧光粉材料。
　　本文主要研究内容和研究结果如下：
　　（1）我们采用共沉淀法在不同反应条件下制备了不同 Eu3+掺杂浓度的Gd2(WO4)3、Gd2W2O9、Gd2WO6和Y10W2O21一系列钨酸盐纳米发光材料。通过对纳米材料样品的X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）照片的观察和分析，对样品的结构和形貌进行了表征。测量了各样品的发射光谱、激发光谱和光衰曲线，计算了各样品的部分J-O参数和Eu3+5D0能级量子效率，绘制了不同基质中Eu3+发光的浓度猝灭曲线，对 Eu3+掺杂的钨酸盐纳米发光材料的光致发光性质进行了比较详细的研究。
　　（2）综合各种研究结果说明，与常见的Gd2(WO4)3: Eu相比较，Gd2WO6: Eu、Gd2W2O9: Eu和Y10W2O21: Eu中Eu3+5D0→7F2跃迁的红色发光也能被395 nm和465 nm激发光有效激发，并且制备过程中价格较贵的钨元素用量较少，可有效地降低成本，有潜力成为高效的近紫外（蓝光）激发白光LED用红色荧光粉材料。
　　本文的主要创新点如下：
　　（1）本文之所以把Eu3+掺杂的钨酸盐纳米发光材料的制备和发光性质的研究作为我们的研究内容，是因为钨酸盐材料具有优良的光学、电磁学性质和化学稳定性，在显示、照明、光通信和化学催化等领域有着广泛的应用。特别是Eu3+激活的钨酸盐材料，由于在近紫外区和蓝光区有较强Eu3+4f-4f跃迁吸收，并能将吸收的能量转化为高色纯度的红光发射，有可能成为高效的近紫外（蓝光）芯片的三基色白光LED用红色荧光粉。
　　（2）本文采用共沉淀方法合成纳米材料。与其它制备方法相比较，此方法具有操作简单，烧结时间短（1小时）、温度低（900℃），整个实验过程耗时少（整个样品合成过程可在6~7小时内完成）和产物粒径小的优点。
　　（3）在以往的研究工作中多以Eu3+掺杂的Mx(WO4)y体系（例如Gd2(WO4)3）为研究对象，对其它种类的钨酸盐（例如Gd2W2O9）的研究报道还很少，而其它种类的钨酸盐体系可能具有更优异的发光性质，本文不但合成了Mx(WO4)y体系的钨酸盐（例如Gd2(WO4)3），而且合成了Gd2WO6: Eu、Gd2W2O9: Eu和Y10W2O21: Eu等一系列钨酸盐，并进行了详细的比较研究。

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第 1章引言

1.1 白光LED概况

1.1.1 白光LED特点

1.1.2 白光LED实现方案

1.2 白光LED用的荧光粉

1.2.1 白光LED 对荧光粉的性能要求

1.2.2 常用的荧光粉及其优缺点

1.3 本文的主要研究意义及内容

1.3.1 研究的意义

1.3.2 主要研究内容

第 2章实验原理与实验方法

2.1 稀土荧光粉中稀土离子发光性质概述

2.1.1 稀土元素的电子结构和能级跃迁

2.1.2稀土离子电偶极跃迁的Judd-Ofelt理论

2.2 常用荧光粉制备方法

2.2.1 溶胶-凝胶法

2.2.2 燃烧法

2.2.3 水热法

2.2.4 高温固相反应法

2.2.5 化学共沉淀法

2.3 样品的制备和测试

2.3.1 主要实验仪器及试剂

2.3.2荧光粉的制备

2.3.3 样品测试

第 3章实验结果与分析

3.1 Eu3+激活的Gd2WO6，Gd2W2O9和Gd2(WO4)3纳米荧光粉光谱性质分析

3.1.1 样品晶体结构和形貌的表征

3.1.2 Eu3+掺杂的钨酸盐纳米材料光致发光性质

3.1.3 跃迁强度参数Ωλ和Eu3+ 5D0能级量子效率的计算

3.1.4 Eu3+掺杂的钨酸盐纳米材料发光的浓度猝灭

3.1.5 CIE(Commission International de l’Eclairage)色坐标的计算

3.1.6本节小结

3.2 Eu3+激活的Y10W2O21纳米荧光粉光谱性质分析

3.2.1 样品晶体结构和形貌的表征

3.2.2 Eu3+掺杂的钨酸盐纳米材料光致发光性质

3.2.35D0能级的光学跃迁强度参数Ωλ和量子效率η的计算

3.2.4Y10W2O21纳米荧光粉声子边带光谱和黄昆因子的计算

3.2.5纳米晶体色坐标计算

3.2.6 本节小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢

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