论文摘要
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Sr5-5xEu5x（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）;Sr5-5xEu5x（PO4）2SiO4（x=0.13）和Sr5-5xEu5x（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Sr4.75-5yBa5yEu0.25（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。