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《大连理工大学》 2017年
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白光LED用稀土钨酸盐荧光材料的合成及发光性能研究

张阳  
【摘要】:白光LED因具有能量消耗低、发光效率高、体积小、原料绿色环保等优点,被誉为继白炽灯和荧光灯后的新一代照明光源。采用紫外/近紫外芯片激发红、绿、蓝三基色荧光粉是实现白光LED的重要手段,其中荧光粉的优劣将直接影响白光LED的工作性能。然而,目前可供选择的三基色荧光粉存在以下两点不足:商用Y_2O_2S:Eu~(3+)红色荧光粉对近紫外光的吸收能力较弱,且化学稳定性较差;红、绿、蓝三基色荧光粉彼此间匹配度不高,且存在能量再吸收现象。针对以上问题,本文以具备良好化学稳定性的钨酸盐为基质,以稀土离子为激活剂,设计合成了一系列稀土钨酸盐荧光材料,并对其发光性能进行了深入研究,主要内容和结果如下:(1)双金属钨酸盐红色荧光粉的合成及发光性能研究。针对商用Y_2O_2S:Eu~(3+)红色荧光粉存在的问题,本章设计合成了 Eu~(3+)激活的MGd(WO_4)_2(M=Li,Na,K)红色荧光材料,考察了不同种类碱金属离子对材料发光性能的影响。研究表明,MGd(WO_4)_2:Eu~(3+)系列荧光粉的发射强度随碱金属离子半径的增大而逐渐减弱。随后,重点研究了LiGd(WO_4)_2:Eu~(3+)荧光粉的发光性能,发现其不但具有较高的发光效率,同时还具备较好的色纯度,利用Arrhenius激活模型对其热猝灭过程进行了分析,发现Eu~(3+)的5D0能级的热猝灭机理为crossover过程。(2)硼钨酸盐红色荧光粉的合成及发光性能研究。本章采用高温固相法合成了Gd_3BW_(1-x)Mo_xO_9:Eu~(3+)红色荧光材料,考察了不同浓度Mo~(6+)掺杂对材料的物相和发光性能的影响。研究表明,为使材料保持单一物相,Mo~(6+)在Gd_3BW_(1-x)Mo_xO_9:Eu~(3+)体系中的最大掺杂量不能超过30%,在此浓度范围内,Mo~(6+)的引入不仅可以提升材料与近紫外芯片的匹配度,同时还能有效增强材料的发射强度。热稳定性分析表明,当温度升高至150℃时,样品Gd_3BW_(0.7)Mo_(0.3)O_9:Eu~(3+)的发射强度与初始温度相比几乎没有下降,表现出了非常好的热稳定性。(3)稀土掺杂钨酸钙单基质白光材料的合成及发光性能研究。针对红、绿、蓝三基色荧光粉因混合而产生的能量再吸收以及兼容性差的问题,本章设计合成了以CaWO_4为基质,以稀土离子为掺杂剂的单基质白光材料,并考察了稀土离子掺杂对CaWO_4发光性能的影响。结果表明,基质与稀土离子间存在明显的能量传递作用,基于该能量传递作用,通过调节掺杂离子浓度的方式可在CaWO_4体系中实现白光发射。随后,对能量传递机理进行了探讨,发现基质与稀土离子间的能量传递机理为偶极-偶极相互作用。(4)双金属钨酸盐单基质白光材料的合成及发光性能研究。虽然采用稀土掺杂钨酸钙的方式可以实现白光发射,但该材料的激发波长较短(300 nm),与近紫外芯片的匹配度不高。针对这一问题,本章设计合成了 LiGd(WO_4)_2:Re~(3+)(Re=Tm,Tb,Dy,Eu)单基质白光材料,并考察了多种稀上离子掺杂对材料发光性能的影响。研究发现,当采用与近紫外芯片相匹配度的360 nm作为激发波长时,通过简单地调节掺杂离子浓度的方式可在 LiGd(WO_4)_2:Tm~(3+),Tb~(3+),Eu~(3+) 和 LiGd(WO_4)_2:Tm~(3+),Dy~(3+)体系中实现白光发射,其中不同稀土离子间存在的能量传递现象在白光的实现过程中起到了非常关键的作用。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ422

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