白光LEDs用掺稀土磷酸盐、焦磷酸盐发光材料的制备及性能研究

摘要

由于稀土元素的独特电子层结构，稀土离子激活的发光材料往往具有优异的光学性能，而以磷酸盐、焦磷酸盐为基质的发光材料通常具有较好的化学稳定性和热稳定性，因此以磷酸盐、焦磷酸盐为基质的发光材料已成为白光发光二极管(light-emitting diodes，LEDs)用荧光粉的研究热点之一。基于此，本文主要进行了以下几个方面的工作：
　　 1、采用高温固相法合成了新型Ba1.6Ca0.4P2O7：Eu2+荧光粉，并对其发光性能和能量转移机理进行了研究。光致发光的激发和发射光谱表明，掺杂Eu2+占据了两个不同的晶体学格位；而且随着Eu2+浓度的增加，占据两个不同格位的Eu2+之间发生了能量转移。利用时间分辨光谱研究了供体(Eu2+(1))和受体(Eu2+(2))的发光衰减行为。
　　 2、采用高温固相反应法合成了Eu2+、Mn2+共掺的新型Ba1.6Ca0.4P2O7：Eu2+，Mn2+荧光粉，并对掺Eu2+、Mn2+的Ba1.6Ca0.4P2O7的光致发光性能进行了研究。Bal.6Ca0.4P2O7:0.04Eu2+的发射光谱在400 nm和470 nm处有两个明显的宽带发射峰。激发光谱为从250 nm到400 nm的宽带激发。从单掺Mn2+的样品中观测到在565 nm处有一个黄色光的宽发射带，并且其强度可通过共掺Eu2+而增强。证明了从Eu2+到Mn2+发生了高效的能量传递。
　　 3、采用高温固相法合成了Ba1.6Ca0.4P2O7：Ce3+，Tb3+荧光粉，研究了其发光性能和Ce3+、Tb3+离子间的能量传递机理。其中，Ba1.6Ca0.4P2O7：Ce3+荧光粉在280 nm紫外光激发下，在370 nm处有个发射峰，同时在370 nm的较长波长处有一个肩峰。从Ba1.6Ca0.4P2O7：Tb3+荧光粉的发射光谱图上可以观测到由Tb3+的5D4-7FJ跃迁引起的特征发射谱线。在紫外光激发下，由于发生了Ce3+到Tb3+的能量传递，所以增强了Tb3+的绿光发射，其能量转移效率可从光谱数据分析得知。
　　 4、采用高温固相反应法合成了Ba3P4O13：Eu2+荧光粉，在高温空气气氛中，掺杂的Eu3+几乎都还原成了Eu2+，这种不寻常的还原可以通过电荷补偿机制来解释。光致发光发射光谱和发光衰减动力学研究结果表明，掺杂的Eu2+占据了Ba2+的两个不同的格位，激发光谱为宽带，这与紫外芯片的发射光谱相一致。因此，Ba3P4O13：Eu2+可以作为白光LEDs用荧光粉。
　　 5、采用高温固相反应法合成了Sr3P4O13：Eu2+荧光粉，并对样品的光致发光性能进行了研究，用不同波长的紫外光激发荧光粉得到的发射峰的位置和形状基本相同，其发射峰值波长为408 nm，且体系中Eu2+的最佳掺杂浓度为x=0.08。
　　 6、采用高温固相反应法合成了Ca3Mg3(PO4)4：Eu2+荧光粉，并对样品的光致发光性能进行了研究，其发射峰值波长为450 nm，最佳掺杂浓度为x=0.08。激发光谱覆盖范围宽，与近紫外芯片的发射匹配，是一种潜在的可以用于白光LEDs的蓝色荧光粉。