稀土掺杂NASICON结构荧光粉的制备和发光性能

论文摘要

白光LED（发光二极管）因其具有可靠性高、寿命长、环保等优点而被广泛关注。目前商用白光LED的主要制作方案是采用LED芯片搭配荧光粉的电-光-光转换方式。由此可知荧光粉对白光LED器件的寿命、色温和显色指数等重要参数影响很大。特别是红色荧光粉,如何提高荧光粉的发光效率和稳定性等性能成为当前的研究热点和难点。本课题的研究目的在于研发新型的稀土掺杂红色荧光粉。（1）采用高温固相法制备了Na3Zr2Si2PO12:Eu3+荧光粉。详细研究了Eu3+掺杂样品的结构和发光性能,在394 nm的激发下,发射出591nm橙光和619nm红光,最佳掺杂浓度是24%。浓度猝灭机理归因于电四极-电四极相互作用,热猝灭激活能0.504 eV。采用Li2CO3作为电荷补偿剂,发光强度显著增强。通过组合Na2.76Zr2Si2PO12:0.24 Eu3+红粉与商用绿粉及近紫外芯片制作的LED器件,显色指数能达到75.6,色温6358 K。通过进一步调控荧光粉比例,显色指数有进一步提升的空间。Na3-x-x Zr2Si2PO12:x Eu3+有望作为一种新型红色荧光粉,用于近紫外激发的白光LED。（2）采用高温固相法合成了Na3Zr2Si2PO12:Tb3+和Na3Zr2Si2PO12:Eu3+,Tb3+荧光粉。研究了其晶体结构、发光性能、浓度猝灭和能量传递等。随着Tb3+离子掺杂浓度的持续增加,发光强度先增强后减弱,Tb3+最佳掺杂浓度为12%,浓度猝灭机理是电四极-电四极相互作用。在375 nm近紫外光激发下,发射主峰位于489 nm、545 nm、584 nm和622 nm。加入Li+作为电荷补偿,发光强度显著增强。荧光寿命随着Tb3+的增加而减小。样品Na2.88Zr2Si2PO12:0.12Tb3+有很好的温度热稳定性,其发光强度随着温度的增加而逐渐减弱,热猝灭激活能E=0.295 eV。Na3Zr2Si2PO12:Eu3+,Tb3+的荧光寿命随着掺杂离子浓度的增加而逐渐减弱,且观察到Tb3+→Eu3+能量传递现象,能量传递机制为电偶极矩-电偶极矩相互作用。（3）采用高温固相法合成了Na3Zr2Si2PO12:Sm3+和Na3Zr2Si2PO12:Eu3+,Sm3+荧光粉。研究了其晶体结构、发光性能、能量传递和温度稳定性等。样品Na3Zr2Si2PO12:Sm3+在404 nm近紫外光激发下,发射光谱的主要特征峰位于560 nm、599 nm和642 nm。随着Sm3+离子掺杂浓度的持续增加,发射光强度呈现先增强后减弱现象,最佳掺杂浓度为14%,其浓度猝灭机理是电偶极矩-电偶极相互作用,样品的荧光寿命随着Sm3+离子掺杂量的增加而逐渐减小。浓度优化后的样品表现出良好的发光性能和抗热猝灭性能。此外,还研究了Na2.92-x.92-x Zr2Si2PO12:0.08Eu3+,x Sm3+的发光性能,并观察到Sm3+→Eu3+能量传递现象,能量传递机制为电偶极矩-电四极矩相互作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 发光材料
•     1.2.1 稀土发光材料的基本理论
•     1.2.2 稀土掺杂发光材料
•   1.3 稀土掺杂荧光粉的光致发光原理
•   1.4 荧光粉的制备方法
•     1.4.1 高温固相法
•     1.4.2 溶胶-凝胶法
•     1.4.3 燃烧合成法
•     1.4.4 水热合成法
•     1.4.5 其他制备方法
•   1.5 无机发光二极管概述
•   1.6 白光LED的合成方案的优缺点
•   1.7 本论文研究目标和研究内容
•     1.7.1 研究目标
•     1.7.2 研究内容
• 第二章 实验部分
•   2.1 实验材料及使用仪器
•     2.1.1 实验材料
•     2.1.2 实验仪器
•   2.2 样品制备
• 3Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺制备和发光性能'>第三章 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺制备和发光性能
•   3.1 前言
•   3.2 实验
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 结构分析
•     3.3.2 漫反射光谱
•     3.3.3 激发和发射光谱
•     3.3.4 荧光衰减曲线
•     3.3.5 量子效率
•     3.3.6 变温光谱
•     3.3.7 LED器件制作
•   3.4 小结
• 3Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺,Tb³⁺的制备与发光特性'>第四章 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺,Tb³⁺的制备与发光特性
•   4.1 前言
•   4.2 实验
•   4.3 实验结果与讨论
•     4.3.1 物相分析
• 3Zr₂Si₂PO₁₂:Tb³⁺光致发光性能分析'>    4.3.2 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂:Tb³⁺光致发光性能分析
• 3Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺,Tb³⁺光致发光性能分析'>    4.3.3 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺,Tb³⁺光致发光性能分析
•   4.4 小结
• 3Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺,Sm³⁺的制备与发光特性'>第五章 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺,Sm³⁺的制备与发光特性
•   5.1 前言
•   5.2 实验与测试
•   5.3 实验结果与讨论
•     5.3.1 物相分析
• 3Zr₂Si₂PO₁₂:Sm³⁺发光性能分析'>    5.3.2 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂:Sm³⁺发光性能分析
• 3Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺,Sm³⁺发光性能分析'>    5.3.3 Na₃Zr₂Si₂PO₁₂:Eu³⁺,Sm³⁺发光性能分析
•   5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 鲁重瑞

导师: 赵韦人,龙元香

关键词: 稀土掺杂离子,红色荧光粉,衰减寿命,热稳定性,电荷补偿

来源: 广东工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,有机化工

单位: 广东工业大学

基金: 广东省科学技术厅应用型科技研发及重大科技成果转化专项(项目编号:2017B010127002),广州市产学研协同创新重大专项(对外科技合作专题)(项目编号:201704030106)

分类号: O482.31;TQ422

DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.000161

总页数: 71

文件大小: 3138K

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