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Eu~(2+),Mn~(2+)共掺杂Sr_(2-x)Ca_xP_2O_7(x=0-2)和Sr_2Mg_3P_4O_(15)发光性质的研究

于金影  
【摘要】:白光LED光源与传统的荧光灯和白炽灯相比具有发光效率高,寿命长和绿色环保等诸多优点,近年来逐渐成为固态照明领域的研究主流。利用荧光粉包覆蓝光或近紫外光GaN基LED芯片是目前实现白光LED的主要方法。与蓝光管芯基白光LED相比,近紫外管芯基白光LED可以实现高的显色指数和色彩稳定性。因此寻找适用于近紫外光激发的三基色荧光粉是非常必要的。 磷酸盐体系发光材料由于发光效率高,合成条件简单,成本低以及化学性质稳定等诸多优点是目前研究的比较广泛的适用于近紫外激发的高效荧光粉。本论文以获得适用于近紫外激发的三基色荧光材料为目标,研究了Eu~(2+), Mn~(2+)共掺杂的Sr_(2-x)Ca_xP_2O_7(x=0-2)和Sr_2Mg_3P_4O_(15)的发光性质。取得的主要研究成果如下: (1) Sr_(2-x)Ca_xP_2O_7: Eu~(2+)(x=0,0.25,0.5,0.75,1,1.25,1.5,1.75,2)的晶相和发光性质都随着Ca~(2+)含量x值的变化而变化。通过对样品的XRD衍射图谱以及发光光谱的分析得出,随着x值从0逐渐增加到2,样品经历了从纯的Sr_2P_2O_7相(0≤x≤0.75)到变形的Sr_2P_2O_7相和Ca_2P_2O_7的混相(1≤x2)再到纯的Ca_2P_2O_7相(x=2)的晶相变化。x值从0逐渐增加到1,Sr_2P_2O_7相中Eu~(2+)的发射带逐渐红移,展宽;继续增加x,发射带保持不变。Ca_2P_2O_7中Eu~(2+)的发射带在x=1时出现,随x值的增加逐渐红移,缩窄。发射带的位置和带宽随x值的变化情况分别用晶场强度的变化和非均匀加宽加以解释。计算了样品中Sr_2P_2O_7(正常的和变形的)和Ca_2P_2O_7两个相的摩尔百分比。发现Sr_2P_2O_7相中Eu~(2+)的发射带内存在着高能侧Eu~(2+)向低能侧Eu~(2+)的能量传递。 (2) Sr_(2-x)Ca_xP_2O_7: Eu~(2+), Mn~(2+)(x=0-2)样品系列中各个x值对应样品的晶相均与Eu~(2+)单掺杂时相同。Mn2+的发射带位置随x值的增加先红移(0≤x≤1.75)再蓝移(1.75≤x≤2)。发射带的移动用晶体场的强度和对称性的变化加以解释。在共掺杂样品中观察到了Eu~(2+)向Mn2+的能量传递,由此我们同时得到了很强的蓝光发射和橙光发射,表明Sr_(2-x)CaxP2O7: Eu~(2+), Mn2+可以作为白光LED用的蓝-红双基色荧光材料。基于对白光LED的适用性,我们挑选了对于固定的Eu~(2+), Mn2+浓度,样品系列中橙蓝比最大,覆盖蓝-红光谱范围最大且是纯的Sr2P2O7相的Sr1.25Ca0.75P2O7: Eu~(2+), Mn2+(x=0.75)样品,系统的研究了它的发光和能量传递的性质。研究了固定Eu~(2+)浓度,其发射光谱、荧光衰减曲线以及Mn2+和Eu~(2+)发光的橙蓝比随Mn2+浓度的变化情况,同时我们还监测了其温度特性。 (3)研究了Sr2Mg3P4O15:5%Eu~(2+),30%Mn2+的发光和能量传递性质。发现样品中Eu~(2+)除了被报道过的447nm处的蓝光发射带外还有一个未被报道过的399nm处的紫光发射带。我们把紫光和蓝光发射带分别归因于Eu~(2+)占据Sr2Mg3P4O15中10配位的Sr1格位和6配位的Sr2格位。两个Eu~(2+)的发射带都能向610nm处Mn2+的红光发射带传递能量。研究了不同波长激发下样品中Mn2+的发光分别来自于Eu~(2+)(I)传递和Eu~(2+)(II)传递的部分,直接从发光光谱上得到的结果与从荧光衰减上得到的结果一致。399nm处Eu~(2+)向Mn2+的传递比447nm处Eu~(2+)的传递更有效,分析可能是由于399nm处Eu~(2+)的发射带与Mn2+的激发光谱的交叠面积更大。399nm处Eu~(2+)和447nm处Eu~(2+)向Mn2+的能量传递效率分别为70%和39%。由于样品中Eu~(2+)向Mn2+的强烈能量传递,可以得到很强的红光发射,因此Sr2Mg3P4O15: Eu~(2+), Mn2+可以应用到白光LED中丰富白光LED发射光谱中的红光成分。


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