长波长发光材料的制备及发光性能研究

【摘要】：稀土掺杂的长余辉材料与白光LED荧光粉均是绿色洁净能源材料,它们优异的发光性质引起了各领域研究者的关注并得到了广泛的应用。本论文在对稀土掺杂的长余辉材料与白光LED荧光粉的文献工作进行归纳综述的基础上,通过离子共掺杂尝试对制备所得长余辉材料和白光LED荧光粉的发光性能进行优化,主要包括两部分内容:1.橙红色长余辉材料Ca_2SnO_4:Sm~(3+):选择化学性质稳定的Ca_2SnO_4为基质,采用高温固相法在空气气氛下制备了基质、单掺杂稀土Sm~(3+)以及Sm~(3+)同Bi~(3+)、Yb~(3+)、Al~(3+)、La~(3+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)、Mg~(2+)、Ba~(2+)、Sr~(2+)和Zr~(4+)共掺杂的橙红色长余辉材料。余辉亮度衰减曲线结果显示,制备得到单掺杂样品的余辉时间可达10 h(余辉亮度不低于0.32 mcd/m~2);共掺杂样品的余辉持续时间变化各不相同,其中,Sm~(3+)、Zr~(4+)共掺杂样品余辉性能得到很好的改善,余辉时间长达14 h以上;而Sm~(3+)、Bi~(3+)共掺杂样品发生余辉亮度严重淬灭。由此,主要通过余辉衰减曲线和热释光谱等测试手段,详细分析了共掺杂La~(3+)、Zn~(2+)、Ba~(2+)、Zr~(4+)、Bi~(3+)、Yb~(3+)和Al~(3+)对长余辉材料Ca_2SnO_4:Sm~(3+)余辉发光的影响。余辉延长是因为共掺杂La~(3+)、Zn~(2+)、Ba~(2+)和Zr~(4+)引起了对余辉有利的浅陷阱浓度增加,但引入Bi~(3+)、Yb~(3+)和Al~(3+)引起了浅陷阱浓度的降低,从而使得余辉淬灭。2.白光LED用红色荧光粉CaWO_4:Eu~(3+):在空气氛围中,采用高温固相法制备了可用于白光LED的红色荧光粉Ca WO_4:Eu~(3+),并进行了详细的相结构、光致发光性质和热稳定性的分析研究。随后在Ca WO_4:Eu~(3+)荧光粉中引入Mg~(2+)和Sr~(2+)以诱导Eu~(3+)在CaWO_4主体晶格中晶格参数及对称性的变化,从而得到增强的红光发射。在392 nm n-UV激发下,由于Eu~(3+)的~5D_0→~7F_2跃迁,所有样品均呈现在616 nm处显著增强的红光发射峰,特别是Ca_(0.65)Mg_(0.20)Sr_(0.05)WO_4:0.10Eu~(3+)荧光粉。增强的红光发射、宽带的激发光谱(200~600 nm)、与n-UV LED芯片(350~420 nm)匹配良好的紫外光吸收、高色纯度(红橙比R/O值可高达7.52)以及良好的荧光热稳定性表明,制备的Ca_(0.65)Mg_(0.20)Sr_(0.05)WO_4:0.10Eu~(3+)样品可能成为n-UV白光发光二极管的潜在候选红色荧光粉。