【摘 要】
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发光二极管(LED)光源已经逐步地取代传统光源,并在生产和生活中得以广泛应用。荧光粉在LED照明设备中起到了至关重要的作用,其功能为将转换芯片所产生的紫外或者蓝光,发射出目标颜色的光。近年来,人们为了提高LED光源的光照强度,一直在努力地寻找新型的高效荧光材料。稀土掺杂荧光粉具有发光强度高、掺杂量少和生产成本低诸特点,其中所掺杂的钐作为镧系稀土元素之一,具有较为丰富的能级,其发光效率较高。钐离子的
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(项目编号52072125); 佛山市科技创新项目(项目编号FS0AA-KJ419-4401-009)
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发光二极管(LED)光源已经逐步地取代传统光源,并在生产和生活中得以广泛应用。荧光粉在LED照明设备中起到了至关重要的作用,其功能为将转换芯片所产生的紫外或者蓝光,发射出目标颜色的光。近年来,人们为了提高LED光源的光照强度,一直在努力地寻找新型的高效荧光材料。稀土掺杂荧光粉具有发光强度高、掺杂量少和生产成本低诸特点,其中所掺杂的钐作为镧系稀土元素之一,具有较为丰富的能级,其发光效率较高。钐离子的发射光色多呈红色,无论在制备单色还是白色LED中,红色荧光粉必不可少。由于锡酸钙基(如,CaSn O3、Ca2Sn O4)材料在结构、介电、催化等方面具有独特的物理化学性质,是一种理想的基质材料,已被广泛地应用于气敏元件、陶瓷材料、催化剂和锂离子电池负极材料等领域。因此,本论文首先分别采用固相法和共沉淀法合成了钐离子单掺杂锡酸钙荧光材料,并探索其光致发光性能,同时,通过共掺杂过渡金属元素锆离子来进一步提高钐离子单掺杂锡酸钙荧光材料的光致发光强度。另外,还分别采用固相法和共沉淀法了合成钐离子单掺杂和钐/锆离子共掺杂锡酸二钙荧光材料,并研究其光致发光性能。有关制备钐/锆离子共掺杂的锡酸钙基荧光材料以及其发光性能的研究具有明显的科学意义和实际应用价值。论文首先主要概述了发光材料的种类、发光机理、用途及各种合成方法,并综述了有关稀土和/或金属元素离子掺杂锡酸盐基荧光材料的主要研究工作,还给出了本论文的研究意义与目的、研究内容、技术路线和主要创新点。同时还概述了实验所使用的原料、合成设备与表征仪器,并介绍了一些测试仪器的测试条件及原理。其次分别采用了固相法和化学共沉淀方法合成了单掺杂钐离子和共掺杂钐/锆离子锡酸钙盐基(即,CaSn O3和Ca2Sn O4)荧光材料,并研究了掺入钐离子和/或锆离子、经共沉淀合成后煅烧温度和时间以及采用超声波辅助共沉淀合成对所合成最终产物的晶体结构和光致发光效果的影响。采用激光粒度仪、X光衍射光谱仪、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、瞬时稳态荧光光谱仪、热释光仪和电感耦合等离子体发射光谱仪表征了所合成的样品。结果表明,钐和锆离子的掺入使晶格膨胀和晶体场环境变化,基质主晶格结构的对称性降低并畸变,致使增加了CaSn O3:Sm3+,Zr4+或Ca2Sn O4:Sm3+,Zr4+荧光材料的发光强度,另外,还提高了这类荧光材料陷阱能级深度,进而延长其余晖时间。采用超声波辅助共沉淀法可降低前驱体的颗粒尺寸和改善其粒度分布,从而提高合成产物的发光强度。结果还表明,相对于采用固相法而言,采用共沉淀法所合成产品的颗粒尺寸分布较为均匀、致使其具有较高发光强度。另外,根据经固相法和共沉淀法所合成产品的发光性能,优选了采用共沉淀法合成的CaSn O3:0.03Sm3+,0.04Zr4+荧光材料,并探究了封装其材料所制备LED的电致发光强度和工作稳定性。最后,本论文根据实验结果和相关讨论与分析,给出了所获得的主要结论以及今后工作的展望。
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