几种新型磷酸盐和氧、硫化荧光粉的合成与光谱研究

论文摘要

荧光粉已广泛应用于显示、照明、光信息存储、光信息传播等多个领域,并且多种荧光粉基质材料具有很好的应用前景和功能优势。其中以氧化物为基质的荧光粉具有高化学稳定性和真空低压性等优点；磷酸盐荧光粉具有多重结构,有很好的热稳定性,目前是一种非常理想的荧光粉基质材料；而硫化物荧光粉通常属于宽禁带半导体材料,这种材料在多年前已作为成熟的荧光粉基质材料被实际应用,同时它可以提高发光中心的发光效率。因此,近年来关于这三类荧光粉材料性能的研究引起越来越多的关注。本论文讨论了以氧化物、磷酸盐和硫化物作为荧光粉基质材料,合成了新型Y2O3:Eu3+, Tb3+白色荧光粉材料、LiSrxBa1-xPO4:RE3+（RE=Sm3+, Eu3+）荧光材料、SrY2S4:Cu+/Tb3+和Y2O2S:Cu荧光粉材料,取得了一些有意义的研究成果。1.利用沉淀法合成碳酸盐前躯体,再通过高温固相法制备了的Y2O3:Eu3+, Tb3+白色荧光粉；利用X射线衍射仪、荧光光谱仪等对Y2O3:Eu3+, Tb3+荧光粉进行了检测和表征,结果显示样品均为纯相的Y203晶体,合成温度为]050℃时荧光粉发光强度最高,样品在250 nm至330 nm处具有比较明显的基质吸收带,峰值位于303 nm,发射光谱中可以观察到五个主发射峰,其中590、611和629 nm的发射峰属于Eu3+的特征发射,481和541 nm的发射峰属于Tb3+的特征发射。当固定Eu3+掺杂浓度为1%时,Tb3+掺杂浓度分别为1,2,3,4 mol%时,样品的色坐标值分别为（0.387,0.339）,（0.362,0.349）,（0.342,0.35）和（0.285,0.311）,均属于白色发射。当固定Tb3+的掺杂量为2 mol%,Eu3+掺杂浓度分别为1,2,3,4%时,色坐标值则为（0.324,0.379）,（0.362,0.349）,（0.418,0.31）和（0.471,0.317）,分别处于白色、白色、白色和粉红色区域。同时实验中观察到样品中存在着Tb3+→Eu3+的能量传递现象2.高温固相法制备了新型f-f跃迁型荧光粉材料LiSrxBa1-xPO4:RE3+（RE=Sm3+, Eu3+）。利用XRD证实获得了纯相的LiSrPO4和LiBaPO4晶体,且样品随着x值的增加,LiSrPO4的衍射峰变得更强更尖锐,同时LiBaP04的衍射峰变弱；而随着Sr含量的增加,主衍射峰位向大角度方向偏移,当x由0变至1.0时,其最强衍射峰从28.846°变为30.115°。LiSrxBa1-xPO4:RE3+（RE=Sm3+, Eu3+）荧光粉的激发光谱分别显示为Sm3+和Eu3+的f-f特征跃迁,最强激发峰位置分别位于401 nm和393 nm,样品发光强度随着x值的增加而增强,LiSrxBa1-xPO4:Sm3+的发光强度增强了4.5倍,LiSrxBa1-xPO4:Eu3+则增强了2.7倍；由于样品均为f-f特征跃迁,所以此类荧光粉有希望成为优异的白光LED用荧光粉。3.利用沉淀法合成碳酸盐前躯体,再通过高温煅烧制备了SrY2S4:Cu+/Tb3+和Y2O2S:Cu两种荧光粉,但是合成时采用不同的还原方式,SrY2S4:Cu+/Tb3+荧光粉采用H2（5%）-N2（95%）混合气还原,Y2O2S:Cu荧光粉则是采用双坩埚嵌套碳还原的方式。经XRD检测,实验获得了纯相SrY2S4和Y2O2S,同时掺杂并没有改变基质的晶体结构。SrY2S4:Cu+荧光粉在峰值为267 nm处表现为一个强的宽带吸收,范围从250nm至290 nm,发射光谱峰值约位于490nm,呈现绿色发射；SrY2S4:Tb3+的激发谱上清晰的显示出了一条能量转换吸收带,范围从250 nm到330 nm,这个能量转换带上的最强激发波长为303 nm,其发射光谱中可以看到明显的Tb3+特征发射,其最佳保温时间为3h; Y2O2S:Cu宽带激发峰范围由230 nm到285 nm,其中最强激发峰位位于265nm,这个激发峰位与基质Y202S的吸收峰位相吻合,其发射光谱出现了9个线状强发射带,其峰位分别位于416 nm、439 nm、456 nm、474 nm、512 nm、543 nm、586 nm、625 nm和705 nm,并且利用Gd3+和Ca2+共掺杂后,发射光谱中明显出现了400 nm至640 nm的宽发射带,也提高了蓝色和绿色发射比例。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 发光材料
• 1.3 发光材料的分类
• 1.4 基质和激活剂
• 1.5 光致发光的机理和一些相关概念
• 1.5.1 光致发光的物理过程
• 1.5.2 非辐射跃迁和猝灭
• 1.5.3 能量传递和输运
• 1.5.4 稀土的电子层结构和光谱学性质
• 1.5.5 过渡金属的电子层结构和光谱学性质
• 1.6 发光材料的基本特征
• 1.6.1 吸收光谱、激发光谱和发射光谱
• 1.6.2 发光效率
• 1.6.3 发光材料的发光强度
• 1.7 发光材料的制备方法
• 1.7.1 高温固相反应法
• 1.7.2 液相反应法
• 1.8 本论文的工作思路及主要内容
• 1.8.1 工作思路及目标
• 1.8.2 主要内容
• 第二章 发光粉体的制备和表征方法
• 2.1 实验设计及所用到的试剂、药品和仪器
• 2.2 发光粉体的表征方法
• 2.2.1 X射线衍射（XRD）
• 2.2.2 扫描电镜（SEM）
• 2.2.3 发光粉体的发光性质分析
• 2.2.4 发光材料的颜色及CIE表色系统
• 第三章 稀土离子Eu,Tb掺杂氧化钇体系荧光粉的制备及光学性能研究
• 2O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉合成'>3.1 Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉合成
• 3.1.1 沉淀剂的选择
• 3.1.2 样品制备过程
• 2O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉结构分析'>3.2 Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉结构分析
• 2O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉发光性能分析'>3.3 Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉发光性能分析
• 2O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的激发光谱分析'>3.3.1 Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的激发光谱分析
• 2O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的发射光谱分析'>3.3.2 Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的发射光谱分析
• 3+的掺杂量对Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的Tb³⁺作用分析'>3.3.3 固定Eu³⁺的掺杂量对Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的Tb³⁺作用分析
• 3+的掺杂量对Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的Eu³⁺作用分析'>3.3.4 固定Tb³⁺的掺杂量对Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的Eu³⁺作用分析
• 2O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的CIE色度分析'>3.3.5 Y₂O₃:Eu³⁺,Tb³⁺荧光粉的CIE色度分析
• 3.4 本章小结
• xBa_1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)f-f跃迁荧光粉的制备及光学性能研究'>第四章 LiSr_xBa_1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)f-f跃迁荧光粉的制备及光学性能研究
• xBa_1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)荧光粉的合成'>4.1 LiSr_xBa_1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)荧光粉的合成
• xBa_1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)荧光粉的结构分析'>4.2 LiSr_xBa_1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)荧光粉的结构分析
• xBa_1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)荧光粉发光性能分析'>4.3 LiSr_xBa_1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)荧光粉发光性能分析
• xBa_1-xPO₄:Sm³⁺荧光粉的激发和发射光谱分析'>4.3.1 LiSr_xBa_1-xPO₄:Sm³⁺荧光粉的激发和发射光谱分析
• xBa_1-xPO₄:Eu³⁺荧光粉的激发和发射光谱分析'>4.3.2 LiSr_xBa_1-xPO₄:Eu³⁺荧光粉的激发和发射光谱分析
• xBa^1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)荧光粉中x值的改变对发光性能的影响分析'>4.3.3 LiSr_xBa^1-xPO₄:RE³⁺(RE=Sm³⁺,Eu³⁺)荧光粉中x值的改变对发光性能的影响分析
• 4.4 本章小结
• 2S₄:Cu⁺/Tb³⁺以及硫氧化物荧光粉Y₂O₂S:Cu的发光性能研究'>第五章 新型三元硫化物荧光粉SrY₂S₄:Cu⁺/Tb³⁺以及硫氧化物荧光粉Y₂O₂S:Cu的发光性能研究
• 2S₄:Cu⁺/Tb³⁺和Y₂O₂S:Cu荧光粉的合成'>5.1 SrY₂S₄:Cu⁺/Tb³⁺和Y₂O₂S:Cu荧光粉的合成
• 2S₄:Cu⁺和Y₂O₂S:Cu荧光粉的结构分析'>5.2 SrY₂S₄:Cu⁺和Y₂O₂S:Cu荧光粉的结构分析
• 2S₄:Cu⁺荧光粉的结构分析'>5.2.1 SrY₂S₄:Cu⁺荧光粉的结构分析
• 2O₂S:Cu荧光粉的结构分析'>5.2.2 Y₂O₂S:Cu荧光粉的结构分析
• 2S₄:Cu⁺/Tb³⁺和Y₂O₂S:Cu荧光粉发光性能分析'>5.3 SrY₂S₄:Cu⁺/Tb³⁺和Y₂O₂S:Cu荧光粉发光性能分析
• 2S₄:Cu⁺荧光粉的激发光谱和发射光谱分析'>5.3.1 SrY₂S₄:Cu⁺荧光粉的激发光谱和发射光谱分析
• 2S₄:Tb³⁺荧光粉的激发光谱和发射光谱分析'>5.3.2 SrY₂S₄:Tb³⁺荧光粉的激发光谱和发射光谱分析
• 2S₄:Tb³⁺荧光粉中Tb³⁺掺杂浓度对发射光谱的影响'>5.3.3 SrY₂S₄:Tb³⁺荧光粉中Tb³⁺掺杂浓度对发射光谱的影响
• 2S₄:Tb³⁺荧光粉中保温时间对发射光谱的影响'>5.3.4 SrY₂S₄:Tb³⁺荧光粉中保温时间对发射光谱的影响
• 2O₂S:Cu⁺荧光粉的激发和发射光谱分析'>5.3.5 Y₂O₂S:Cu⁺荧光粉的激发和发射光谱分析
• 2O₂S:Cu⁺荧光粉中共掺杂Gd³⁺和Ca²⁺的作用分析'>5.3.6 Y₂O₂S:Cu⁺荧光粉中共掺杂Gd³⁺和Ca²⁺的作用分析
• 2O₂S:Cu⁺荧光粉中Gd³⁺掺杂浓度对发射光谱的影响'>5.3.7 Y₂O₂S:Cu⁺荧光粉中Gd³⁺掺杂浓度对发射光谱的影响
• 2O₂S:Cu⁺荧光粉中的扫描电镜测试分析'>5.4 Y₂O₂S:Cu⁺荧光粉中的扫描电镜测试分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献