学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

稀土(Eu²⁺，Ce³⁺)掺杂硅磷酸锶Sr₅（PO₄）₂（SiO₄）发光性能研究

作　者: 甘久辉
导　师: 黄彦林
学　校: 苏州大学
专　业: 材料学
关键词: 稀土掺杂磷灰石结构荧光粉
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 90次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

稀土发光材料以其优异的发光性能已广泛应用于信息显示、医疗、照明光源、高能粒子探测和记录、光电子通信、农业、军事等领域。Eu²⁺、Ce³⁺在晶体中受到晶场的作用,在外界光的激发下发生的是5d→4f的特征的宽发射跃迁。因此,基质对发光光谱的影响很大,不同基质中发射光谱位置变化很大,发光波段可以从紫外到红外区;而且还有荧光寿命短、温度对发射光谱影响较大的特征。以磷灰石[Ca₅（PO₄）₃X]（X=F-,Cl-,OH-）结构为基质的发光材料由于具有良好的化学稳定性和热稳定性,结构之中的Ca离子可以被其它碱土金属、过渡金属、稀土元素等取代,PO₄也可以被SiO₄部分取代,因此具有多种变种的结构形式,不同的变种结构具有不同的发光行为,因此以磷灰石结构为基质的材料已经发展成为一类重要的光致发光材料。本论文选择Sr5（PO₄）₂SiO₄作为基质材料,用高温固相法制备了Eu²⁺、Ce³⁺掺杂的Sr5（PO₄）₂SiO₄荧光粉,并且通过用Ca²⁺、Ba²⁺取代Sr²⁺来研究阳离子的置换对荧光粉的结构和发光性能的影响。第三章,通过高温固相法合成了Ce³⁺掺杂的Sr5（PO₄）₂SiO₄系列荧光粉。通过XRD分析可知,一定范围的Ce³⁺掺杂并没有对结构造成影响,晶体结构保持空间群为P63/m的磷灰石结构。其激发光谱有一个很宽的吸收240-400nm,这与近紫外半导体芯片的发射光谱很匹配。发光光谱显示特征的双峰结构:410nm和438nm。分别对应于分别对应于5d1→2F5/2和5d1→2F7/2跃迁发射,当掺杂浓度为3%时发光最强。通过发光衰减曲线计算发光的寿命。色度坐标的计算结果显示,Ce³⁺掺杂Sr5（PO₄）₂SiO₄系列荧光粉发蓝光,而且掺杂浓度对色度的变化影响很小。第四章,通过高温固相法合成了Eu²⁺掺杂的系列荧光粉Sr_5-5xEu_5x（PO₄）₂SiO₄ （x=0.005, 0.05, 0.07, 0.1, 0.13, 0.15）。物相分析结果显示,当Eu²⁺掺杂浓度超过10mol%（x=0.1）时,出现了杂相Sr2P2O7。当Eu²⁺掺杂浓度在0.005和0.1之间时,发光光谱是400nm到700nm的宽发光峰,这是由于Eu²⁺离子的4f65d1→4f7（8S7/2）跃迁引起的。激发光谱显示在300nm到450nm之间有很强的吸收,可以同时被UV-LED和蓝光LED芯片同时激发。色度坐标图的研究发现,当掺杂浓度从0.005升高到0.1,发光颜色从黄绿色（0.387,0.577）变化到深黄色（0.471,0.512）;Sr_5-5xEu_5x（PO₄）₂SiO₄ （x=0.13）和Sr_5-5xEu_5x（PO₄）₂SiO₄ （x=0.15）发出的分别是白光（0.289,0.291）和蓝光（0.212,0.204）。此外,还研究了温度对发光的影响,发现两个阳离子发光位置间存在能量传递。第五章,制备了Eu²⁺掺杂的系列荧光粉Sr4.75-5xCa5xEu0.25（PO₄）₂SiO₄ （x=0.01, 0.05, 0.1, 0.15, 0.30, 0.50, 0.75, 1）,研究了Ca²⁺取代Sr²⁺离子对荧光粉的结构和发光性能的影响。随着浓度的增加,荧光粉的结构从原来P63/m的[Sr5（PO₄）₂SiO₄]变化为Pnma （62） [Ca5（PO₄）₂SiO₄],发光颜色从黄光变为蓝绿光,后又变为黄光。当0.50<x<1.0时,出现了新的物相Ca5（PO₄）₂SiO₄,随着掺杂的增加,发光峰最大波长从500nm移动到520nm。对于Ca5Eu0.25（PO₄）₂SiO₄的发光光谱的研究发现,Ca5（PO₄）₂SiO₄中Eu²⁺有3个不同的发光位置。热稳定性研究表明,当温度达到150℃时,Sr4.75-5xCa5xEu0.25（PO₄）₂SiO₄ （x=0.15）的发光强度下降为86%。第六章,通过高温固相法合成了Ba²⁺部分取代Sr²⁺离子的系列荧光粉Sr_4.75-5yBa_5yEu_0.25（PO₄）₂SiO₄ （y=0.01, 0.05, 0.1, 0.15, 0.30, 0.50）。在Ba²⁺掺杂的实验范围内,基质的结构未发生变化,只表现出晶格参数的减小。当掺杂浓度从0.01变化到0.50,峰的位置从570nm移动到504nm,颜色从黄色逐渐变为绿色。从250nm到450nm,有一个很强的吸收峰,随着浓度从0.01升高到0.50,激发峰逐渐向短波段移动,从390nm变化到347nm。本论文创新点是:首次研究了Ce³⁺,Eu²⁺掺杂的具有磷灰石结构的Sr5（PO₄）₂SiO₄,结果表明,该荧光粉可以被近紫外光有效的激发,与UV-LED芯片的发射波段很匹配,是潜在的新型白光LED用荧光粉。对于Eu²⁺掺杂的Ca²⁺和Ba²⁺对阳离子Sr²⁺取代的研究表明,可以制备色度可调节的黄色和绿色荧光粉。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章绪论  12-35
  1.1 固体发光简介  12-14
    1.1.1 固体发光与晶体结构  12-13
    1.1.2 发光过程  13-14
  1.2 稀土的发光和应用以及发展  14-24
    1.2.1 稀土发光的特点  14-20
    1.2.2 稀土发光材料的组成  20-21
    1.2.3 稀土发光材料的研究发展以及应用  21-24
  1.3 Eu~(2+)和Ce~(3+)的发光  24-25
  1.4 磷灰石发光材料  25-28
  1.5 研究的主要出发点和目的  28-29
    1.5.1 研究的主要出发点  28-29
    1.5.2 研究的主要内容  29
  1.6 参考文献  29-35
第二章样品合成与仪器分析原理  35-44
  2.1 样品的合成和性能测试  35-36
    2.1.1 实验原料  35
    2.1.2 实验仪器装置  35-36
  2.2 样品制备  36
  2.3 测试方法  36-43
    2.3.1 XRD 测试  36-39
    2.3.2 扫描电子显微镜形貌分析(Scanning Electron Microscope; SEM)  39-41
    2.3.3 激发光谱和发射光谱测试  41-43
  2.4 参考文献  43-44
第三章稀土Ce~(3+)掺杂Sr_5(P0_4)_2Si0_4的发光性能研究  44-55
  3.1 引言  44-46
  3.2 结构表征  46
  3.3 发光性能  46-51
    3.3.1 激发光谱  46-48
    3.3.2 发光光谱  48-49
    3.3.3 衰减时间  49-51
    3.3.4 CIE 色度坐标  51
  3.4 本章小结  51-52
  3.5 参考文献  52-55
第四章 Eu~(2+)掺杂的Sr_5(P0_4)_2Si0_4的发光和应用性能  55-71
  4.1 引言  55-56
  4.2 结果与讨论  56-66
    4.2.1 物相结构研究  56-58
    4.2.2 掺杂浓度对结构和发光的影响  58-62
    4.2.3 温度对发光性能的影响  62-66
  4.3 本章总结  66-67
  4.4 参考文献  67-71
第五章 Ca~(2+)掺杂对Sr_(4.75)Eu_(0.25)(P0_4)_2Si0_4的结构和发光性能的影响  71-84
  5.1 引言  71-72
  5.2 结构表征  72-73
  5.3 发光性能  73-81
    5.3.1 发光光谱  73-75
    5.3.2 激发光谱  75-76
    5.3.3 Ca_5Eu_(0.25)(P0_4)_2Si0_4 的发光光谱  76-77
    5.3.4 Ca_5Eu_(0.25)(P0_4)_2Si0_4 发光寿命的研究  77-78
    5.3.5 Sr_(4.75-5x)Ca_(5x)Eu_(0.25)(P0_4)_2Si0_4 热稳定性的研究  78-80
    5.3.6 色度坐标的变化  80-81
  5.4 本章小结  81-82
  5.5 参考文献  82-84
第六章 Ba~(2+)掺杂Sr_(4.75)Eu_(0.25)(P0_4)_2Si0_4荧光粉的发光  84-92
  6.1 引言  84
  6.2 结构表征  84-85
  6.3 发光性能  85-89
    6.3.1 发光光谱  85-86
    6.3.2 色度变化  86
    6.3.3 激发光谱  86-87
    6.3.4 发光热稳定性  87-89
  6.4 本章小结  89
  6.5 参考文献  89-92
第七章全文总结  92-94
发表文章目录  94-95
致谢  95-96

稀土(Eu2+，Ce3+)掺杂硅磷酸锶Sr5（PO4）2（SiO4）发光性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文

稀土(Eu²⁺，Ce³⁺)掺杂硅磷酸锶Sr₅（PO₄）₂（SiO₄）发光性能研究