近紫外LED激发的单一基质白光荧光材料的结构与荧光性能研究

摘要

目前商业化的蓝光LED芯片与YAG:Ce复合得到的白光其光谱中红光成分的缺少，导致通过这种组合方案复合出的白光具有较差的显色指数和较高的色温。通过紫外LED芯片与三基色荧光粉复合得到的白光也同样存在荧光粉之间存在“色衰”程度不一，从而导致复合出的光发生色漂等不足。针对这一问题，本文通过高温固相合成法制备了一系列用于近紫外LED激发的单一基质白光荧光材料，通过X射线衍射和荧光光谱分析对其结构、荧光性能和能量传递机理进行研究，并通过合成时加入的助熔剂对荧光发射中心的局域环境和荧光材料的结晶度进行调节，提高荧光材料的发光效率。论文的主要研究工作包括:
　　首先，采用高温固相反应法合成稀土和过渡金属离子共掺杂的单一基质白光Sr5(PO4)3F:0.02Eu2+，xMn2+荧光材料。XRD分析表明Sr5(PO4)3F:0.02Eu2+，xMn2+为六方晶系，空间群为P63/m。在适当浓度的掺杂下，合成出的荧光粉仍能保持原有结构。对Sr5(PO4)3F:0.02Eu2+，xMn2+样品用Maud软件进行XRD精修发现，Eu2+离子和Mn2+离子更倾向于取代Sr1位置。对Sr5(PO4)3F基质和Eu2+离子和Mn2+离子共掺的Sr5(PO4)3F:0.02Eu2+，0.05Mn2+样品进行DFT计算发现，通过掺杂使得Sr5(PO4)3F基质由直接带隙5.099ev变成间接带宽3.035ev，这分别与他们在紫外区的吸收光谱一致。
　　对Sr5(PO4)3F:0.02Eu2+，xMn2+(x=0-0.06)的荧光光谱分析可知，其激发光谱在250-430nm的宽带激发区域，这与近紫外LED的需要完全吻合。发射主峰分别在430nm和556nm，通过改变Eu2+离子和Mn2+离子掺杂比例，荧光粉的光色由蓝光可调为白光，根据荧光光谱讨论了掺杂离子间的能量传递机理。另外，为了进一步提高该荧光粉的发光强度，讨论了在合成过程中加入助溶剂氯化钠，氯化钾，硼酸对于荧光增强的影响，发现在合成Sr5(PO4)3F:0.02Eu2+，xMn2+过程中，加入适量的氯化钾作助溶剂，可以使得Sr5(PO4)3F:0.02Eu2+，xMn2+的荧光强度提高85％。这些优异的光学性能证明它可以作于近紫外LED照明。
　　其次，采用高温固相反应法合成了双稀土离子Eu3+和Tb3+共掺杂的近紫外LED激发的单一基质白光Sr7Zr(PO4)6:Eu3+，Tb3+，以立方晶系，I43d[220]空间群的Sr3La(PO4)3为初始模型，通过对其XRD以及精修分析可知，合成出的样品是纯相。通过对Sr7Zr(PO4)6:Eu3+，Tb3+荧光光谱分析可知，在300-400nm区域出现较宽的锐线激发峰，最大激发峰位于374nm，这满足市场上近紫外LED芯片的需求。Sr7Zr(PO4)6:Eu3+，Tb3+（x=0-0.02）最大发射峰位于544nm和613nm处，通过改变Tb3+离子和Eu3+离子的掺杂浓度，荧光粉的光色由绿光调成暖白光。我们讨论了Tb3+离子和Eu3+离子的能量传递关系。并证明了掺杂离子之间通过偶极-偶极能量传递方式进行，临界距离为15.16(A)。以上研究表明合成的Sr7Zr(PO4)6:0.01Tb3+，xEu3+(x=0-0.02)荧光粉可以用在近紫外LED芯片上，对于实际生产和科学研究具有十分重要的价值。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 白光LED照明技术简介

1．2 单一组分白光荧光粉研究进展

1．2．1 硅酸盐荧光粉

1．2．2 铝酸盐荧光粉

1．2．3 硼酸盐荧光粉

1．2．4 磷酸盐荧光粉

1．3 稀土掺杂的磷酸盐荧光粉研究进展

1．4 选题意义与研究内容

1．5 本论文的创新点

第二章 近紫外LED激发的单一基质白光Sr5(PO4)3F：Eu2+，Mn2+荧光材料的荧光增强

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要实验原料与仪器

2．2．2 实验步骤

2．2．3 结构表征与性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 组成分析及确定

2．3．2 Srs(PO4)3F：0．02Eu2+，xMn2+(x=0．02-0．06)的XRD结构精修分析

2．4 Eu2+和Mn2+掺杂对于吸收光谱和能带结构的影响

2．5 Sr5(PO4)3F：xEu2+，yMn2+荧光粉的荧光性能分析

2．5．1 助溶剂对荧光性能的影响

2．6 本章总结

第三章 近紫外LED激发的单一基质白光Sr7Zr(PO4)6：Tb3+，Eu3+的荧光性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料与仪器

3．2．2 实验步骤

3．2．3 性能测试与表征

3．3 结果与分析

3．3．1 物相分析及确定

3．3．2 Sr7Zr(PO4)6：0．01Tb3+，xEu3+(x=0-0．02)荧光粉晶体结构数据精修分析

3．3．3 荧光粉Sr7Zr(PO4)6：0．01Tb3+，xEu3+(x=0-0．02)的荧光性能分析

3．4 本章总结

第四章 全文总结

参考文献

攻读学位期间取得的成果

致谢

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