稀土掺杂同质多晶体发光材料的发光性能研究

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稀土掺杂发光材料在显示、照明和检测等领域具有广泛的应用,材料的发光性能与发光基质的组成成分和晶体结构密切相关。同质多晶体,即具有相同的化学组成而晶体结构不同的化合物,可以为稀土离子提供不同的局域占位环境,从而导致不同晶型的同质多晶体发光材料具有不同的发光性能。本学位论文选取Ca3(PO42、Na2Ca4(PO42SiO4、LiZr2(PO43三种同质多晶体作为发光基质,通过精细控制发光基质的晶型合成Eu2+掺杂的同质多晶体发光材料,研究Eu2+离子在组分相同(近)、而晶体结构不同的同质多晶发光基质中的发光性质及其差异,讨论发光材料的发光性能和基质结构的关系。获得的主要成果如下:(一)选取Ca3(PO42同质多晶体作为发光基质,通过控制高温固相反应的温度,合成了Eu2+掺杂的β/α″-Ca3(PO42荧光粉材料。分别研究了不同Eu2+激活剂浓度和Sr2+固溶浓度对α″-Ca3(PO42:Eu2+和β-Ca3(PO42:Eu2+荧光粉中Eu2+激活剂在基质中占据格位和发光性能的影响。在β-Ca3(PO42:Eu2+荧光粉,Eu2+主要占据基质的Ca(4)格位,而在α″-Ca3(PO42:Eu2+荧光粉中,随着激活剂Eu2+浓度不断增加,发射光谱出现红移现象。当基质中固溶Sr2+时,Sr2+会把Eu2+从Ca(4)排挤到Ca(1)和Ca(2),使发光中心红移。(二)选取Na2Ca4(PO42SiO4同质多晶体作为发光基质,通过控制助溶剂B2O3的添加合成了Eu2+掺杂的ɑ/β-Na2Ca4(PO42SiO4荧光粉材料。在固定Eu2+激活剂浓度下,分别研究了温度和助溶剂B2O3浓度对Na2Ca4(PO42SiO4荧光粉材料的晶型和发光性能的影响。温度变化(1200-1300℃)没有引起基质晶型结构的改变。通过调控助溶剂B2O3的浓度,使基质由ɑ/β混合相转变为ɑ纯相,随着助溶剂B2O3掺杂浓度的增加,Na2Ca4(PO42SiO4:Eu2+的发光强度先增大后减小。(三)选取LiZr2(PO43同质多晶体作为基质,通过控制高温固相反应的温度,合成了β?、ɑ、ɑ?三种晶型的LiZr2(PO43:Eu2+荧光粉材料,研究了激活剂Eu2+掺杂浓度对LiZr2(PO43基质的晶体结构的影响。随着激活剂Eu2+的掺杂浓度升高,固相反应温度对LZP基质晶型结构的影响变小。LZP基质中,存在Eu2+、Eu3+共存的现象,这种现象在掺杂低浓度Eu2+时最为明显。该基质中存在两个Eu2+发光中心,随着激活剂掺杂浓度的提升或者固相反应温度的提升,Eu2+由低发射峰值的格位向高发射峰值的格位转移。
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