稀土掺杂Cao-B2O3-SiO2发光玻璃的制备及其光致发光性能研究

摘要

近年来，白光发光二极管(lightemittingdiodes，LED)具有快速的响应时间、低的能量损耗、环境友好和能够广泛应用于固态发光方面等优点，受到人们的广泛关注。形成白光的传统方法是把两种或者三种不同类型的能够被紫外光或者蓝光LED芯片有效激发的荧光粉结合起来。这种方法的主要问题是随着能量的消耗产生的白光不够稳定。在白光LED的应用背景下，我们制备了稀土离子掺杂的发光玻璃。和传统的荧光粉相比，发光玻璃具有明显的优势，例如很高的热稳定性、低的生产成本和容易实现量产。
　　 本文采用熔体冷却法制备了稀土离子Ce3+、Tb3+、Sm3+和Eu3+单掺或者共掺的CaO-B2O3-SiO2发光玻璃。通过发射光谱、激发光谱、衰减曲线、紫外-可见吸收光谱和色度坐标对发光玻璃的发光性能进行测试和表征。文中研究了稀土离子的浓度对发光玻璃发光强度的影响。此外，我们也讨论了稀土离子之间的能量传递。
　　 用熔体冷却法制备了具有不同CeO2含量的Ce3+/Tb3+/Sm3+共掺杂的CaO-B2O3-SiO2发光玻璃。在紫外光激发下，在Ce3+/Tb3+/Sm3+共掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的发射光谱中同时观测到了蓝光、绿光和红橙光的发射带，这些发射带的混合实现了白光发射。此外，在Sm2O3和Tb4O7的含量不变的情况下，随着CeO2含量的减小，Ce3+/Tb3+/Sm3+共掺杂发光玻璃的发光颜色在白光区逐渐由蓝光区附近过渡到黄光区附近。
　　 用熔体冷却法制备了具有不同Tb4O7含量的Ce3+/Tb3+/Sm3+三元共掺杂的CaO-B2O3-SiO2发光玻璃。在374nm激发下，在Ce3+/Tb3+/Sm3+三元共掺杂发光玻璃的发射光谱中同时观测到了蓝光、绿光和红橙光的发射带，这些发射带的混合实现了白光的全色发射显示。此外，Ce3+/Tb3+/Sm3+三元共掺杂发光玻璃的发光颜色随着Tb4O7含量的减小从绿光逐渐过渡到白光，显示出发光颜色的可调节性。
　　 用熔体冷却法制备了具有不同Sm2O3含量的Ce3+/Tb3+/Sm3+三元共掺杂的CaO-B2O3-SiO2发光玻璃。在Ce3+/Tb3+/Sm3+共掺杂的发光玻璃的发射光谱中同时观测到了蓝光、绿光和红橙光的发射带。Sm3+离子在603nm处的发射强度与Tb3+离子在546nm处的发射强度的比值可以通过改变Sm3+离子的浓度来调节。此外，发射光谱和激发光谱显示了Sm3+离子的自猝灭效应和从Tb3+(5D4)到Sm3+(4G5/2)的能量传递。
　　 用熔体冷却法制备了Ce3+/Tb3+/Eu3+三元共掺杂的CaO-B2O3-SiO2发光玻璃。在Ce3+/Tb3+/Eu3+共掺杂的发光玻璃的发射光谱中同时观测到了包括蓝光、绿光和红橙光发射的全色光。发光玻璃的色度参数可以通过改变Eu2O3的含量来调节。此外，发射光谱和衰减曲线显示了从Tb3+到Eu3+的能量传递。
　　 用熔体冷却法制备了Sm3+离子掺杂的F/O-钙硼硅发光玻璃。在404nm激发下这些玻璃能够发出红橙光。Sm3+离子的发射强度与玻璃基体中CaF2的含量有很大的关系，玻璃基体中CaF2的最佳含量是12mol％。此外，发光玻璃的色度参数可以通过改变玻璃基体中CaF2的含量来进行微调节。

目录

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．2 LED技术

1．2．1 LED的发展史

1．2．2 LED的发光原理

1．2．3 白光LED的实现方法

1．3 玻璃概述

1．3．1 玻璃的定义

1．3．2 玻璃的历史

1．3．3 玻璃的通性

1．3．4 玻璃的制备方法

1．4 稀土离子的发光原理

1．4．1 稀土元素

1．4．2 稀土离子的能级

1．4．3 稀土离子Ce3+、Tb3+、Sm3+和Eu3+的简介

1．5 本课题的研究目的和研究内容

1．5．1 本课题的研究目的及意义

1．5．2 本课题的主要内容

2 实验条件和性能表征

2．1 实验条件

2．2 性能表征

2．2．1 发射光谱

2．2．2 激发光谱

2．2．3 衰减曲线

2．2．4 紫外-可见吸收光谱

2．2．5 CIE色度坐标

3 Sm3+／Ce3+／Tb3+共掺CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的制备及发光性能研究

3．1 引言

3．2 实验过程

3．2．1 实验方法

3．2．2 分析与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 单掺发光玻璃的发光性能

3．3．2 共掺发光玻璃的发光性能

3．3．3 发光玻璃的发光颜色调控

3．4 本章小结

4 Ce3+／Tb3+／Sm3+共掺杂CaO-B2O3-SiO2发光玻璃的白光发射及其发光颜色调控

4．1 引言

4．2 实验过程

4．2．1 发光玻璃的制备方法

4．2．2 发光玻璃的表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 单掺发光玻璃的光致发光行为

4．3．2 共掺发光玻璃的光致发光行为

4．3．3 发光玻璃的发光颜色调控

4．4 本章小结

5 可应用于白光LED的Ce3+／Tb3+／Sm3+共掺杂CaO-B2O3-SiO2玻璃的发光性能

5．1 引言

5．2 实验过程

5．2．1 发光玻璃的制备方法

5．2．2 发光玻璃的表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 单掺发光玻璃的光致发光行为

5．3．2 共掺发光玻璃的光致发光行为

5．3．3 Tb3+和Sm3+之间的能量传递

5．3．4 发光玻璃的发光颜色调控

5．4 本章小结

6 可应用于白光LED的Ce3+／Tb3+／Eu3+共掺杂CaO-B2O3-SiO2玻璃的发光性能

6．1 引言

6．2 实验过程

6．2．1 发光玻璃的制备方法

6．2．2 发光玻璃的表征

6．3 结果与讨论

6．3．1 单掺发光玻璃的光致发光行为

6．3．2 共掺发光玻璃的光致发光行为

6．3．3 Tb3+和Eu3+之间的能量传递

6．3．4 发光玻璃的发光颜色调控

6．4 本章小结

7 Sm3+离子掺杂的F／O-钙硼硅发光玻璃的发光性能

7．1 引言

7．2 实验过程

7．2．1 发光玻璃的制备方法

7．2．2 发光玻璃的表征

7．3 结果与讨论

7．3．1 发光玻璃的发射光谱

7．3．2 发光玻璃的激发光谱图

7．3．3 发光玻璃的荧光寿命

7．3．4 发光玻璃的发光颜色调控

7．4 本章小结

8 结论

致谢

参考文献

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