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稀土掺杂红、绿、紫色荧光粉的制备及光谱性质研究

作　者: 朱楚桥
导　师: 肖思国
学　校: 湘潭大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 稀土离子荧光粉余辉 Eu3+ Tb3+ Sm3+
分类号: O482.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着科学技术的飞速发展,红色、绿色、蓝色等各种颜色荧光粉发光材料广泛应用于显示、照明和射线探测等各个领域中,在灯用照明方面尤为突出。目前,照明技术的不断改进和新的照明技术的开发,如大功率白光LED,对稀土灯用荧光粉性能提出了更高的要求。因此在现有基础上改进和开发适合新型节能灯及白光LED用的各色荧光粉是当前照明技术研究的热点。本文以探寻高效的稀土灯用荧光粉为目的,制备了多种颜色的与节能灯和白光LED匹配的稀土荧光粉,并研究了其发光性能。采用高温固相法制备了Eu³⁺激活的（1-x）CaO-xLi₂O-WO₃红色荧光材料。在254 nm的紫外光激发下,其在616 nm处存在很强的红光发射。样品的最佳制备温度随Li⁺含量增加而降低。Li⁺浓度低掺杂时,随着Li⁺浓度增加样品中Eu³⁺的红光发射强度逐步增强,且其在616nm与592nm处的两个发射峰的强度比也增大了,这表明掺入Li⁺更能促进Eu³⁺的5D0→7F2的电偶极跃迁。当x=0.5时样品（1-x）CaO-xLi2O-WO3: Eu³⁺具有最大的红光发射强度。样品的395 nm及465 nm激发波长与广泛应用的紫外或蓝光LED芯片的输出波长相匹配,这使得Eu³⁺激活的0.5CaO-0.5Li2O-WO3可作为LED灯用红色荧光粉。采用高温固相二次烧结合成了Zn4B6O13: Tb³⁺和Zn4B6O13: Tb³⁺, Ce³⁺绿色发光材料。样品中Tb³⁺取代了离子半径与Tb³⁺相差较小的Zn2+,在254 nm紫外光激发下, Tb³⁺能很好地吸收激发能量而发出544nm的明亮的绿光。Zn4B6O13: Tb³⁺荧光粉的激发强度和发射强度在低掺杂浓度时,随着Tb³⁺浓度增大而增大,且样品在260nm处的激发峰随Tb³⁺浓度的增加向长波方向移动。我们还研究了Zn4B6O13: Tb³⁺的余辉性能,在Tb³⁺低掺杂浓度时余辉性能最好。由于Ce³⁺是一种的高效敏化剂,我们引入Ce³⁺。Zn₄B₆O₁3: Tb³⁺, Ce³⁺样品中,Ce³⁺的能量较好地传递给了Tb³⁺,使得Zn4B6O13: Tb³⁺, Ce³⁺的发光强度和余辉强度比Zn₄B₆O₁3: Tb³⁺大大增强了,它是一种性能优良的绿色灯用荧光粉。制备了Zn₂SiO₄: Sm³⁺紫色荧光粉,样品的激发峰位于248nm处,发射峰位于394nm左右。在Zn₂SiO₄: Sm³⁺荧光粉的光谱图中没有发现Sm³⁺的特征激发峰和发射峰。虽然Sm³⁺没有参与发光,但是它延长样品的余辉时间,为寻找新型紫色荧光材料提供了有益的借鉴。我们还探索了H₃BO₃对样品光谱及余辉性能的影响。随着助熔剂H₃BO₃掺入量的增加,样品的激发强度和发射强度先增强后减弱,当H₃BO₃掺入量为20mol%时样品的余辉性能最好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-22
  1.1 发光材料理论基础  9-18
    1.1.1 激发光谱  9
    1.1.2 发射光谱  9-10
    1.1.3 发光强度  10
    1.1.4 余辉衰减  10-11
    1.1.5 荧光猝灭  11
    1.1.6 斯托克斯定律与反斯托克斯发光  11
    1.1.7 晶格驰豫  11-12
    1.1.8 能量传输机制及敏化和协同作用  12-13
    1.1.9 陷阱效应  13-14
    1.1.10 发光材料的光致发光机理  14-15
    1.1.11 余辉发光机理  15-18
  1.2 灯用荧光粉进展  18-21
  1.3 本论文选题依据及研究内容  21-22
第2章 Eu~(3+)掺杂(1-x)CaO-xLi_2O-WO_3红色荧光性质研究  22-31
  2.1 引言  22-23
  2.2 样品制备与结构表征  23-27
    2.2.1 试剂  23
    2.2.2 设备  23-24
    2.2.3 样品制备方法  24
    2.2.4 X 射线衍射(XRD)分析  24-27
  2.3 光谱测试与结果分析  27-30
    2.3.1 (1-x)CaO-xLi_2O-WO_3:Eu~(3+)的荧光测试与分析  27-28
    2.3.2 Li~+掺入浓度对(1-x)CaO-xLi_2O-WO_3:Eu~(3+)光谱的影响  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 Tb~(3+)及Tb~(3+)，Ce~(3+)掺杂Zn_4B_6O_(13)荧光和余辉性质研究  31-40
  3.1 引言  31
  3.2 样品制备与结构表征  31-33
    3.2.1 试剂  31-32
    3.2.3 样品制备方法  32
    3.2.4 X 射线衍射(XRD)分析  32-33
  3.3 光谱测试与分析  33-39
    3.3.1 Zn_4B_6O_(13): Tb~(3+)的荧光测试与分析  33-34
    3.3.2 Tb~(3+)掺杂浓度对Zn_4B_6O_(13): Tb~(3+)光谱的影响  34-36
    3.3.3 Ce~(3+)对Zn_4B_6O_(13): Tb~(3+)光谱的敏化  36-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 Sm~(3+)掺杂Zn_2SiO_4荧光和余辉性质研究  40-45
  4.1 引言  40
  4.2 样品制备与结构表征  40-41
    4.2.1 试剂  40-41
    4.2.2 设备  41
    4.2.3 样品制备方法  41
    4.2.4 X 射线衍射(XRD)分析  41
  4.3 光谱测试与分析  41-44
    4.3.1 Sm~(3+)掺杂浓度对Zn_2SiO_4: Sm~(3+)荧光性质的影响  41-43
    4.3.2 助熔剂H_3BO_3 的量对Zn_2SiO_4: Sm~(3+)光谱性质的影响  43-44
  4.4 本章小结  44-45
总结与展望  45-47
参考文献  47-52
致谢  52-53
个人简历、在学习期间发表的学术论文  53

稀土掺杂红、绿、紫色荧光粉的制备及光谱性质研究

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