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自还原法合成白光LED用Eu~(2+)-Eu~(3+)激励硅酸盐荧光粉及其发光性能研究

【摘要】:本文通过高温自还原法在空气气氛下合成了Eu~(2+)-Eu~(3+)激励的硅酸盐荧光材料。通过对荧光样品的X射线衍射(XRD)、荧光光谱、拉曼光谱、电子顺磁共振(ESR)、X射线光电子能谱(XPS)、荧光寿命、及色坐标(CIE)的系统分析,发现了结构调制及电荷补偿掺杂导致基质的晶体结构发生了变化,分析了晶体结构的变化对自还原过程所产生的影响,研究了网络改变体(ZrO_2/SnO_2/SnCl_2·2H_2O)及低价碱金属离子(Li~+/Na~+/K~+)的掺入及掺入量与Eu~(2+)和Eu~(3+)发射强度之间的关系,发现可通过调节网络改变体或低价碱金属离子的种类及含量来操控荧光体的发光颜色,实现白光发射。(1)采用高温自还原法制备了BaZr_xSi_3O_(7+2x):2%Eu~(2+)-Eu~(3+)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)荧光体。研究了ZrO_2的掺入量对荧光体荧光性能的影响,对样品的XRD、荧光光谱(常温和变温)、荧光寿命及色坐标做了系统的分析。结果表明:随着ZrO_2的掺入量的增多BaZrSi_3O_9的衍射峰强度不断增强,且当x=1时达到最大值。Eu~(2+)和Eu~(3+)可同时被395 nm的紫外光激发,且不同价态的铕离子之间存在能量传递。ZrO_2的量可改变Eu~(2+)和Eu~(3+)之间的相对发射强度,当x的值分别为0.4,0.6,0.8,1时,获得了白光发射荧光粉。因此,可通过控制ZrO_2的掺入量来调节Eu~(2+)和Eu~(3+)的相对发光强度,根据色补原理可以实现对荧光粉发光颜色的有效调控,最终实现白光发射。(2)采用高温自还原法制备了BaSn_xSi_3O_(7+2x):2%Eu~(2+)-Eu~(3+)(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1)荧光体。研究了SnO_2和SnCl_2·2H_2O分别作为原材料时的掺入量对荧光体荧光性能的影响,我们对样品的XRD、荧光光谱、ESR、XPS及色坐标做了系统的分析。结果表明:SnO_2作为网络改变体已成功掺入到基质中并对基质的微结构产生一个持续渐变的影响,且SnCl_2·2H_2O作为原材料时更有利于BaSnSi_3O_9相的形成。所有荧光体的激发和发射光谱均由Eu~(2+)的带状发射谱及Eu~(3+)的锐线发射谱构成。ESR和XPS结果表明,Eu~(3+)在所有样品中发生了自还原反应,证实了Eu~(2+)的存在。改变SnO_2/SnCl_2·2H_2O的掺入量来可操控荧光体的发光颜色,最终当x=0.6,0.8时获得了色温较低的暖白光发射。(3)采用高温自还原法制备了BaZrSi_3O_9:x R~+(x=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1;R=Li/Na/K)荧光体。研究了低价碱金属离子对荧光体荧光性能的影响,对样品的XRD、荧光光谱、拉曼及色坐标做了系统的分析。结果表明:不同种类及浓度的电荷补偿离子(R~+)在荧光光谱中具有相同激发/发射位置。除样品S0外的所有样品均由发射波长为478 nm的源自于Eu~(2+)的5d-4f的带状发射峰及Eu~(3+)的f-f线状发射峰构成。Li~+/Na~+/K~+的掺入均改变了Eu~(2+)发射谱的发射位置,不同浓度的电荷补偿离子不仅调节了Eu~(2+)和Eu~(3+)之间发射峰的相对强度,而且增强了荧光体的发光强度。当Li~+、Na~+浓度分别为0.04、0.08 mol时可获得低色温的暖白光发射。综上,电荷补偿离子的浓度对荧光粉发光颜色的调控起着至关重要的作用。

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