Tm3+离子掺杂的Y2M2O7(M=Ti4+,Zr4+)基荧光粉的制备及其发光性能研究

摘要

近年来，白光 LED因其具有发光效率高、节能、无污染等优点，成为新一代的绿色照明光源，广泛应用于景观照明、交通信号、液晶显示、室内外普通照明等领域。目前，已经商业化的是由蓝光LED芯片与可被蓝色荧光有效激发的YAG:Ce3+黄色荧光粉的组合。然而，这种方式实现的白光中缺少红光部分，其显色性也较差。而采用紫外LED芯片与可被紫外光有效激发的三基色荧光粉的组合可以很好地解决这一问题。因此，研究新型的能被紫外光有效激发的三基色荧光粉在白光 LED的进一步发展上具有重要的意义。本文采用溶胶-凝胶法制备新型的能被紫外光有效激发的白光LED用蓝色荧光粉，研究了样品的晶体结构，分析烧结温度和掺杂浓度对粉体发光性能的影响，并对荧光粉的发光机理进行探讨。主要内容和结论如下：
　　采用溶胶-凝胶法，在不同的烧结温度下，成功的制备Y2M2O7:0.01Tm3+（M=Ti4+，Zr4+）荧光粉。XRD结果表明：Y2Ti2O7:0.01Tm3+粉体为立方相烧绿石结构，Y2Zr2O7:0.01Tm3+粉体为立方相萤石结构。Y2M2O7:0.01Tm3+（M=Ti4+，Zr4+）荧光粉的荧光光谱均可以观察到，在450-460 nm范围内源于Tm3+离子1D2→3F4跃迁的蓝色发射峰，而且烧结温度对Y2M2O7:0.01Tm3+（M=Ti4+，Zr4+）粉体的发光性能有很大的影响，随烧结温度的升高，发光强度均出现先升高后降低的现象，当烧结温度为1000℃时，Y2Ti2O7:0.01Tm3+和Y2Zr2O7:0.01Tm3+粉体均具有最佳的发光性质。
　　制备了1000℃烧结的Y2M2O7:xTm3+（M=Ti4+，Zr4+；x=0.005，0.01，0.03，0.05）荧光粉，研究了稀土Tm3+离子的掺杂浓度对Y2M2O7:Tm3+（M=Ti4+，Zr4+）荧光粉发光性能的影响，在450-460 nm范围内观察到一较强的源于稀土Tm3+离子的1D2→3F4跃迁的蓝色发射峰，而且掺杂浓度的改变并不引起发射峰形状和位置的变化，但是Y2Ti2O7:Tm3+粉体的1D2→3F4跃迁的蓝色发射峰的发光强度出现先升高后降低的现象，即浓度猝灭，最佳摩尔掺杂浓度为1％；在Y2Zr2O7:Tm3+粉体中也有类似的现象出现。研究发现，相对于 Y2Ti2O7:Tm3+粉体，Y2Zr2O7:0.01Tm3+荧光粉蓝色荧光的发光强度提高了将近20%，更适合于紫外光激发的LED用蓝色荧光粉。
　　制备了不同Bi3+离子掺杂浓度的Y2Zr2O7:0.01Tm3+/xBi3+(x=0，0.01，0.02，0.03)以及Y2Zr2O7:0.02Bi3+样品。XRD结果表明，1000℃下所制备的Y2Zr2O7:Tm3+/Bi3+、Y2Zr2O7:Tm3+和Y2Zr2O7:Bi3+样品均属于单一的立方相萤石结构，且Bi3+离子和Tm3+离子的掺杂没有引起Y2Zr2O7粉体晶体结构的改变。359 nm的紫外光激发下，Y2Zr2O7:Tm3+/Bi3+样品在454 nm处有一蓝色发射峰，源自于Tm3+离子的1D2→3F4跃迁发射，而且Bi3+离子的掺杂浓度明显的影响 Y2Zr2O7:0.01Tm3+/Bi3+荧光粉的发光强度。研究发现，随 Bi3+离子的摩尔掺杂浓度的增加，Y2Zr2O7:0.01Tm3+/Bi3+样品的发光强度先升高后降低，当Bi3+离子的摩尔掺杂浓度为2%时，达到最大。与不掺杂Bi3+离子的Y2Zr2O7:Tm3+粉体的发光强度相比，提高了43%。在Y2Zr2O7:0.01Tm3+/Bi3+体系中存在着Bi3+→Tm3+的能量传递过程，结合能级图探讨了Bi3+离子对稀土Tm3+离子的敏化增强机理。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 白光LED简介

1.2 灯用蓝色荧光粉的研究进展

1.3 稀土Tm3+离子的研究进展

1.4 Y2M2O7基荧光粉的研究进展

1.5 主要研究意义及研究内容

第二章 样品的制备与测试

2.1 实验原料与仪器设备

2.2 样品的制备

2.3 样品表征

第三章烧结温度对Y2M2O7:Tm3+(M=Ti4+, Zr4+)荧光粉发光性质影响的研究

3.1 引言

3.2 Y2Ti2O7:Tm3+荧光粉发光性能的研究

3.3 Y2Zr2O7:Tm3+荧光粉发光性能的研究

3.4 小结

第四章Tm3+离子掺杂浓度对Y2M2O7:Tm3+(M=Ti4+, Zr4+)荧光粉发光性质影响的研究

4.1 引言

4.2 掺杂浓度对Y2Ti2O7:Tm3+荧光粉发光性能的研究

4.3 掺杂浓度对Y2Zr2O7:Tm3+荧光粉发光性能的研究

4.4 小结

第五章 Y2Zr2O7:Tm3+/Bi3+荧光粉的发光性质的研究

5.1 引言

5.2 晶体结构和形貌分析

5.3 发光性能分析

5.4 荧光寿命

5.5 小结

第六章 结 论

参考文献

致谢

在学期间公开发表的学术论文与研究成果