钒酸盐基白光LED用荧光材料的制备及发光性能研究

作     者：杨国辉 

作者单位：广西师范学院 

学位级别：硕士

导师姓名：梁利芳

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：单一基质白光LED 钒酸盐基质 基质发光 电荷补偿 稀土离子荧光性能 

摘      要：钒酸盐基质的物理化学性质稳定,大部分钒酸盐基质通常在紫外光激发下能够发射蓝绿光,且能将能量有效地传递给激活剂离子,这些优点使钒酸盐基质成为荧光材料研究领域的热点之一。本文通过高温固相法合成了系列以钒酸盐为基质的白光发光二极管(WLED)用荧光粉。主要的研究内容如下:(1)利用高温固相法合成SrLa(VO):Eu荧光粉,该荧光粉在紫外光激发下有着强烈的钒酸根蓝绿光发射以及较强的铕离子红光发射。通过掺杂阴离子(MoO、WO、PO)和阳离子(Y、Gd、Tb),调控红光和蓝绿光的强度比例,合成单一基质白光荧光粉。XRD测试结果表明,少量的离子掺杂不改变基质的晶体结构。通过荧光测试可知,掺杂一定量的MoO和WO能明显降低VO的蓝光发射,但对Eu的红光发射影响不大。适量的PO掺杂能够减弱VO的自发猝灭,有利于VO向Eu传递能量。考虑到掺杂MoO和WO会带来电荷不平衡,在掺杂MoO和WO离子的同时添加F离子来进行电荷补偿。实验表明,通过掺杂F离子补偿MoO掺杂所造成的电荷不平衡,Eu的红光发射随着MoO掺杂浓度而增强,VO的蓝光发射先增强后减弱;F离子补偿WO掺杂所造成的电荷不平衡时,对增强Eu的发光作用不大但可以明显降低VO的发光。掺杂不同浓度的MoO和WO能够使VO的激发峰和发射峰出现不同程度的红移。掺杂Y、Gd以及少量的Tb能够提高Eu的发光性能,其中Y和Gd的效果非常显著。在紫外光激发下,利用MoO、WO、Y、Gd和Tb掺杂改变VO和Eu发光强度的比例,可以得到单一基质的白光荧光粉。(2)采用高温固相法,在CaLa(VO)基质中单掺Tm、Dy、Sm、Tb和Eu及共掺Tm-Eu、Tm-Sm、Tm-Dy、Dy-Eu和Dy-Tb等稀土离子,在CaLa(VO):Eu中利用掺杂Mg和Sr取代基质中部分Ca,合成系列荧光粉。在稀土离子单掺CaLa(VO)样品中,均表现出稀土激活离子的特征发射,其中Tm的发光较弱,其它掺杂稀土离子具有较强发光。对于稀土离子双掺杂样品,共掺Tm-Eu、Tm-Sm、Tm-Dy、Dy-Tb等离子均能够得到单一基质近白光发射的荧光粉,而在Dy-Eu共掺体系中,改变Dy的掺杂浓度能够得到红光和黄光发射的荧光粉。在CaLa(VO):Eu体系中,掺杂不同半径的Mg和Sr部分取代基质中Ca能够提高Eu的发光,其中Mg掺杂量x=0.3时基质表现出很强的蓝绿光发射,在此掺杂浓度下可以得到单一基质白光发射的荧光粉。。(3)采用高温固相法合成CaLa(VO):0.01Eu(x=0)系列荧光粉,在800℃100℃煅烧温度和3hh煅烧时间范围均可得到单斜晶系LaVO、六方晶系CaLa(VO)和六方晶系Ca(VO)体系。在1000℃和5h合成条件下,改变La和Ca的比例,可以得到体系由LaVO到CaLa(VO)再到Ca(VO)的变化。在LaVO转变为CaLa(VO)相的过程中,激发光谱中宽带激发峰位出现红移,Eu发射以D→F电偶极跃迁为主,总体来看跃迁发射先增强后减弱,当x=1时Eu有最强发射。在CaLa(VO)相转变为Ca(VO)相的过程中,所有样品的激发宽峰移动不明显,Eu发射增幅显著。(4)采用高温固相法制备NaMgCa(VO):0.01Eu(x=0)、NaMgCa(VO):y Eu(y=0.19)、NaMgCa(VO):yEu,xX(X=Cl,F)和NaMgCa(VO):yEu,x M(M=Li,Na,K)系列荧光粉,在紫外光激发下,荧光粉能同时发射钒酸根的蓝绿光和铕离子的红光。在NaMgCa(VO):0.01Eu(x=0)系列中,基质和Eu的发射先增强后减弱,且基质的发射峰位红移。在NaMgCa(VO):yEu体系中,当Eu掺杂量y=0.133时,能量传递效率η为42.21%,表明VO与Eu之间的能量传递是有效的,传递机制属于偶极-偶极相互作用。随着Eu浓度增加,CIE坐标由蓝光区域移动到白光区域。添加F、Cl、Li、Na和K做电荷补偿剂能够增强Eu的发光,阳离子电荷补偿效果优于阴离子,电荷补偿效果为LiNakFCl,所有样品CIE坐标都可以移动到白光区域,说明可以得到单一基质发射的白光荧光粉。