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高亮度红色发光材料(Y,Gd)BO_3:EU~(3+)的合成及其发光性质的研究

李杰  
【摘要】: 三基色荧光粉的研究对提高等离子平板显示器(PDP)的显色性至关重要。目前,被认为显色效果最好,能作为PDP用的商业红色荧光粉的材料是(Y,Gd)BO3:Eu3+,但是(Y,Gd)BO3:Eu3+还存在着发光效率低、色纯度较差的问题。针对上述问题,本文从材料改性和理论两个方面开展工作,一方面对(Y,Gd)BO3:Eu3+进行掺杂改性研究,合成系列新型荧光粉,研究其发光性质;另一方面通过对YBO3的电子结构进行模拟计算,对影响荧光粉激发性能的因素进行评价,结合(Y,Gd)BO3:Eu3+的最佳配比,探索了产业化制备的最佳工艺条件。 在对(Y,Gd)BO3:Eu3+的掺杂改性研究中,首先从进一步提高发光强度考虑,我们采用高温固相法制备Y0.75-xGdxAl0.10BO3:0.10Eu3+,0.05R3+(R=Sc,Bi;0.00≤x≤0.45)系列样品,研究它们在紫外(UV)和真空紫外(VUV)激发下的发光性能。结果表明,随着Al3+、Sc3+、Bi3+和Gd3+离子的掺杂,(Y,Gd)BO3:Eu3+的发光强度和色纯度都有了不同程度的提高。因Bi3+和Gd3+可能形成能量传递的桥梁,使能量在基质与激活剂离子之间高效传递。当15%mol Al3+和Bi3+以及25% molGd3+共同掺入到YBO3:Eu3+晶格中时,可以获得最强的发光强度和最佳的色纯度,样品的发光强度达到商用粉的1.15倍,显色性能亦优于商用红色荧光粉。 其次,我们从提高(Y,Gd)BO3:Eu3+的色纯度考虑,制备了(Y0.65-xGd0.25Mx)BO3:0.10Eu3+(M=Li,Na,K,0.00≤x≤0.10)系列荧光材料,研究它们在真空紫外激发下的发光性能。随着Li+,Na+和K+的掺入,(Y,Gd)BO3:Eu3+中Eu3+周围的晶格环境对称性被破坏,对应于610nm和626nm处的红光发射强于对应于591nm处的橙光发射强度,从而色纯度显著改善。而且由于这些碱金属离子的核电荷数与Y3+相差较大,可能在导带和禁带之间形成了缺陷能级,提高了Eu3+的能量传递效率,发光效率提高。最佳配比样品的红橙比为1.10,发光强度达到商用粉的1.05倍。


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