磷酸盐、焦磷酸盐基质光致发光材料的制备及性能研究

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稀土发光材料被广泛应用于节能照明、电子信息、生物医学、现代农业、军事工业等领域,其中,照明显示为主要应用领域。目前,白光 LED以其优异的发光性能成为新一代照明光源。实现白光 LED的主要方案是将芯片和荧光粉组合成荧光粉转换型材料。然而,适用于紫外/近紫外芯片激发的发光效率高、热稳定性好的荧光粉较少。因此,研发能被紫外/近紫外芯片激发的新型荧光粉对实现白光 LED具有十分重要的意义。本论文以磷酸盐、焦磷酸盐为基质,选取Tb3+,Ce3+,Eu3+,Gd3+,Dy3+, Mn2+等作为掺杂离子,采用高温固相法、共沉淀法和微波辅助共沉淀法制备了一系列发光材料。研究了掺杂浓度、煅烧条件等因素对材料发光性能的影响,并考察了材料的热稳定性。以期通过制备方法的优化和基质的选择降低材料的煅烧温度,通过掺杂离子之间的能量传递作用来调控材料的发光颜色,从而实现单一基质的白光发射。  主要研究内容与结果如下:  (1)采用高温固相法制备了颜色可调的Sr2P2O7: Tb3+, Eu3+和Sr2P2O7: Ce3+, Tb3+, Mn2+发光材料。研究了Tb3+-Eu3+,Ce3+-Tb3+, Ce3+-Mn2+离子间的能量传递对发光颜色的调控作用。研究结果表明:通过改变激发波长和调节掺杂离子的浓度,样品Sr2P2O7: Tb3+, Eu3+的发光颜色可由原来的蓝绿光、橙红光调节至白光,样品Sr2P2O7: Ce3+, Tb3+, Mn2+可实现从蓝光、绿光、橙黄光到黄白光的发射。  (2)采用高温固相法制备了钪钇石结构的Zn2P2O7: Ce3+, Tb3+绿光和Zn2P2O7: Ce3+, Dy3+单一基质白光发光材料。研究了Ce3+对Tb3+、Dy3+离子的敏化作用,并阐述了Ce3+-Tb3+、Ce3+-Dy3+离子之间的能量传递机制。研究表明:以Zn2P2O7为基质可有效降低焦磷酸盐的煅烧温度,通过在Zn2P2O7: Ce3+中掺杂Tb3+、Dy3+可将样品的发光颜色由蓝光变为绿光和蓝白光。  (3)采用微波法和共沉淀法结合仅保温15 min制备出Zn3(PO4)2: Eu3+,Tb3+/Gd3+橙红色发光材料,研究了Zn/P配比、不同锌盐、微波温度和时间对样品发光性能的影响。荧光分析表明:由于Gd3+-Eu3+,Tb3+-Eu3+间的非辐射能量传递作用,使Eu3+离子的发射强度有所提高。  (4)采用高温固相法制备了磷铍钙矿结构的二元MZn2(PO4)2:Eu3+(M=Mg, Sr,Ca, Ba)橙红色发光材料,研究了基质空间结构、电荷补偿剂、掺杂浓度、煅烧条件等对材料发光性能的影响。结果表明,电荷补偿剂Li+, Na+, K+的加入均能改善Eu3+离子的发光性能,而基质的空间结构对Eu3+的发光性能影响较小。  (5)采用共沉淀法制备了MgZn2(PO4)2: Ce3+, Tb3+绿色发光材料,利用XRD,SEM, FL等表征手段对其物相组成、微观形貌及发光性能进行了研究。Ce3+离子的荧光衰减测试结果表明Ce3+将吸收的能量传递给了Tb3+离子。通过临界浓度法与光谱重叠法,计算了Ce3+-Tb3+离子之间发生能量传递的临界距离,说明偶极-偶四极相互作用在能量传递过程中起主导作用。通过对位形坐标和工作温度与样品发光强度间关系的研究,表明在较高工作温度下样品的温度猝灭效应较弱,具有良好的热稳定性。  (6)采用高温固相法制备了Ce3+、Dy3+、Tb3+激活的BaZn2(PO4)2发光材料。通过荧光光谱和寿命衰减曲线,阐述了 Ce3+-Dy3+/Ce3+-Tb3+离子之间通过偶极-偶四极相互作用的能量传递机制。通过改变掺杂浓度,可将材料的发光颜色从蓝光调至绿光和蓝白光,并且样品表现出良好的热稳定性。
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