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自激活钒酸盐和钨酸盐发光材料的制备及发光性质表征

李中元  
【摘要】:本文用溶胶-凝胶法制备了石榴石型结构纯相Na_2YMg_2(VO_4)_3绿色荧光粉。Na_2YMg_2(VO_4)_3粒径大小在0.3~1μm之间,颗粒之间发生了团聚现象;Na_2YMg_2(VO_4)_3荧光粉可以被200~400 nm紫外光有效激发,发出源于VO3-4电荷迁移跃迁波长范围为400~700 nm峰值为521 nm的非对称宽谱带高亮度绿光。因此自激活钒酸盐Na_2YMg_2(VO_4)_3可以作为绿色荧光粉应用于白光LED中。用溶胶-凝胶法制备了高浓度Eu~(3+)掺杂Na_2Y_(1-x)Mg_2(VO_4)_3:x Eu~(3+)(x=0.15~0.75)系列红色荧光粉。掺杂稀土离子Eu~(3+),Eu~(3+)取代Y~(3+)进入基质晶格,没有破坏晶体结构。Na_2YMg_2(VO_4)_3:Eu~(3+)荧光粉在340 nm紫外光激发下,发射谱中同时出现了VO3-4的电荷迁移带和Eu~(3+)的特征发射峰。监测Eu~(3+)的发射,观察到一个波长范围为200~400 nm的宽谱带激发峰,该激发峰源于基质VO3-4的电荷迁移跃迁。研究基质VO3-4发光强度随Eu~(3+)浓度变化及荧光衰减曲线,结果表明随着Eu~(3+)浓度增大,基质发光强度衰减加快,寿命缩短,这说明存在VO3-4和Eu~(3+)间的能量传递。控制Eu~(3+)浓度的变化,Na_2YMg_2(VO_4)_3:Eu~(3+)发光可以连续实现从绿色到橙红色的变化。用溶胶-凝胶法制备Ca_8La_(2-x)(VO_4)_6:x Eu~(3+)(x=0.1~0.6)红色荧光粉。掺杂稀土离子Eu~(3+),Eu~(3+)取代La~(3+)进入基质晶格,没有破坏晶体结构。Ca_8La_2(VO_4)_6O_2:Eu~(3+)荧光粉在355 nm紫外光激发下,发射源于Eu~(3+)的5D0→7FJ(J=0,1,2,3,4)跃迁的红光。当Eu~(3+)浓度达到50%时才开始出现浓度猝灭现象。表明Ca_8La_2(VO_4)_6O_2基质适合Eu~(3+)的高浓度掺杂。研究Eu~(3+)的荧光衰减曲线表明随着Eu~(3+)浓度的增大,5D0→7F2发光寿命缩短,5D0→2F0发光寿命基本保持不变,这是因为Eu~(3+)取代La~(3+)占据了两种不同晶体环境的格位。在305 nm紫外光激发下,Eu~(3+)掺杂浓度为60%时,色坐标为(0.641,0.359),接近于标准红光(0.670,0.330),表明Ca_8La_2(VO_4)_6O_2:Eu~(3+)可用作紫外基红色荧光粉。用高温固相法合成了Yb~(3+)掺杂的Sr_2CaWO_6:Yb~(3+),Na~+系列下转换荧光粉。掺杂Yb~(3+)后,在305 nm紫外光激发下,发射谱中观察到了波长在1007 nm附近Yb~(3+)的2F5/2→2F7/2跃迁发射的强烈近红外发射带。监测Yb~(3+)的发射,观察到了一个波长范围为250~350 nm的宽激发带,该激发峰源于基质WO6-6的电荷迁移跃迁,表明样品中存在基质WO6-6到Yb~(3+)的能量传递。在266 nm脉冲激光器激发下,测量了基质WO6-6发光的荧光衰减曲线。结果表明,随着Yb~(3+)浓度增大,基质WO6-6发光衰减加快,寿命缩短,这说明存在基质到Yb~(3+)的能量传递过程。经研究表明共合作能量传递方式是主要的能量传递方式即基质吸收一个紫外光子转换为两个近红外光子。经估算理论量子转换效率最大可达190%,这对硅太阳能电池能量转换效率的提高非常有利。


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