新型含钪钒酸盐红色荧光粉的制备与发光性能研究

摘要

在“近紫外LED+红绿蓝三色荧光粉”实现白光的过程中，目前研究出的一些红色荧光粉体系如硫化物、钨酸盐和钼酸盐系列等，或由于在近紫外 LED激发下发光效率不高，或由于基质不稳定，从而导致发光器件的显色性差、使用寿命短，不能完全满足实际应用的需求。为此，本文从高压汞灯用荧光粉与近紫外 LED用荧光粉的实际工作条件颇为相似获得启发，系统研究了ScVO4:Eu3+、Sc0.93-xLnxVO4:Eu3+0.07(Ln=Y，La，Gd，Lu)、Sc0.73-xY0.2VO4: Eu3+0.07,Bi3+x和Sc0.73Y0.2(M,VO4):Eu3+0.07(M=BO33-，PO43-)系列荧光粉，以寻求具有高性能、基质稳定的新型红色荧光材料，满足白光 LED产业发展的迫切需求，主要工作和取得的结果如下：
　　（1）ScVO4:Eu3+体系：Eu3+的掺杂没有改变 ScVO4的四方晶系体心结构，存在激活离子Eu3+的浓度猝灭现象，且最佳掺杂浓度为7mol％；样品的激发光谱涵盖200-400nm的宽带激发，其中，存在位于331.8nm的极强宽带吸收峰和396.6nm处的弱激发峰；发射主峰位于620.0nm处，表现出明亮的红光，且色坐标均坐落于红光区域。
　　（2）Sc0.93-xLnxVO4:Eu3+0.07(Ln=Y，La，Gd，Lu)体系：Ln3+的掺杂可以降低荧光粉制备成本且提高发光强度，较之Sc0.93VO4:Eu3+0.07，Sc0.93-xLnxVO4:Eu3+0.07的发光强度逐渐上升，当 Y3+、La3+掺杂浓度为20mol%，Gd3+、Lu3+掺杂浓度为5mol%时，Sc0.93-xLnxVO4:Eu3+0.07(Ln=Y，La，Gd，Lu)样品的发光强度达到最大，发光强度分别提高到156%、120%、120%和133%。在330nm和397nm激发下，Sc0.88Lu0.05VO4:Eu3+0.07展现出较高的量子效率，分别为94%和37%。随着温度的升高，Sc0.93-xLnxVO4:Eu3+0.07(Ln=Y，La，Gd，Lu)荧光粉展现具有良好的热稳定性，当温度升至100℃时，样品的发光强度均为室温时的85%以上。
　　（3）Sc0.73-xY0.2VO4:Eu3+0.07,Bi3+x体系：在Sc0.73Y0.2VO4:Eu3+0.07荧光粉基础之上，研究了Bi3+对Eu3+的敏化作用，结果表明，随着Bi3+的掺杂，Sc0.73-xY0.2VO4:Eu3+0.07,Bi3+x样品的激发光谱带边会发生红移，且在近紫外区域（360-410nm）激发强度会显示先增大后降低的趋势，其发射光谱也具有相应的规律；在365nm激发下，当Bi3+掺杂浓度为1mol%时相对荧光强度达到最大，与Sc0.73Y0.2VO4:Eu3+0.07荧光粉相比，其发光强度提高了将近1.5倍。Sc0.72Y0.2VO4:Eu3+0.07,Bi3+0.01具有较高的内量子效率和热稳定性，在330nm激发下的内量子效率高达91%；当温度升至100℃时，其相对发光强度也保持在室温时的88%。
　　（4） Sc0.73Y0.2(M,VO4):Eu3+0.07(M=BO33-，PO43-)体系：合成了Sc0.73Y0.2(M,VO4):Eu3+0.07(M=BO33-，PO43-)体系红色荧光粉，研究了BO33-，PO43-的引入对晶体结构、荧光性能的影响，结果表明，BO33-，PO43-的掺杂能够增强产物在近紫外波段的吸收，但没有改变钒酸盐原有的四方晶系体心结构。在365nm激发下，当n(V/B)=9/1，n(V/P)=8/2时样品的荧光强度最高，较之 Sc0.73Y0.2VO4:Eu3+0.07荧光粉，其发光强度分别提高到了155%和135%。在397nm激发下，Sc0.73Y0.2(V0.9B0.1)O3.9:Eu3+0.07和Sc0.73Y0.2(V0.8P0.2)O4:Eu3+0.07的内量子效率分别提升至64%和56%，展现出较高的内量子效率。同时，样品具有较高的热猝灭性能，尤其对Sc0.73Y0.2(V0.9B0.1)O3.9:Eu3+0.07荧光粉而言，在温度为200℃环境下，荧光粉仍保持着92%的相对强度。

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第一章 绪 论

1.1 白光LED的发展

1.2 近紫外LED用红色荧光粉

1.3 课题的研究意义、研究内容及创新之处

第二章 实验原料、设备及方法

2.1 实验原料与设备

2.2 实验工艺流程

2.3 实验分析测试

第三章 Sc0.93-xLnxVO4:Eu3+0.07(Ln=Y, La, Gd, Lu)荧光粉的制备和发光性能研究

3.1 ScVO4:Eu3+荧光粉的合成和光学性能研究

3.2 Sc0.93-xLnxVO4:Eu3+0.07(Ln=Y, La, Gd, Lu)荧光粉的制备及发光性能研究

3.3 本章小结

第四章 阳离子掺杂、阴离子替换对Sc0.73Y0.2VO4:Eu3+0.07荧光粉结构及发光性能的影响

4.1 Bi3+掺杂对Sc0.73Y0.2VO4:Eu3+0.07荧光粉的结构及光学性能的影响

4.2 BO33-离子替位对Sc0.73Y0.2VO4:Eu3+0.07荧光粉的结构和荧光性能的影响

4.3 PO43-离子替位对Sc0.73Y0.2VO4:Eu3+0.07荧光粉的结构与发光性能的影响

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果