稀土摻雜ⅢA族復(fù)合(鹵)氧化物的制備和發(fā)光性質(zhì)研究.pdf

1、隨著照明和顯示技術(shù)的發(fā)展，商用熒光粉已經(jīng)難于完全滿足生產(chǎn)生活的需求。因此，商用熒光粉性能的進(jìn)一步優(yōu)化和新型熒光粉的設(shè)計開發(fā)受到了業(yè)界的普遍關(guān)注。當(dāng)前，主要是利用稀土離子Eu3+、Tb3+和Eu2+摻雜的熒光粉實現(xiàn)紅光、綠光和藍(lán)光發(fā)射。其中Eu3+離子的發(fā)射幾乎是唯一的紅光來源。紅色熒光粉的研究相對較為成熟，性能優(yōu)異的紅色熒光粉比較多。實現(xiàn)綠光和藍(lán)光發(fā)射的稀土離子并不止一種，但性能優(yōu)異的綠色和藍(lán)色熒光粉并不多。二價Eu2+離子作為一種最重

2、要的發(fā)射藍(lán)光的稀土離子，在高能射線長時間的輻射下由于價態(tài)的不穩(wěn)定和局域結(jié)構(gòu)的改變而易于導(dǎo)致其發(fā)光性能發(fā)生改變。另外，銪(Eu)化合物的價格相對較高。這些因素在一定程度上影響了二價Eu2+離子摻雜熒光粉的應(yīng)用和開發(fā)前景。相比之下，價格低廉、價態(tài)穩(wěn)定和理論發(fā)光強(qiáng)度較高的三價Ce3+離子摻雜熒光粉具有很好的開發(fā)前景，特別是Ce3+離子摻雜藍(lán)色熒光粉的設(shè)計開發(fā)已引起了人們的關(guān)注。Ce3+離子的發(fā)光源自其電子的5d-4f躍遷。由于5d能級的高低受

3、基質(zhì)環(huán)境的影響很大，基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)決定了Ce3+離子的發(fā)光顏色和發(fā)光強(qiáng)度。因此，在特定的基質(zhì)材料中可以實現(xiàn)Ce3+離子特定顏色的發(fā)光，如Y3Al5O12：Ce3+的黃光發(fā)射。作為基質(zhì)材料，由于同時含有氧和鹵素(氟或氯)兩類元素，鹵氧化物有可能同時具備氧化物易于制備、性質(zhì)穩(wěn)定、真空紫外光區(qū)吸收較強(qiáng)和鹵化物(氟或氯)聲子頻率較低的優(yōu)點(diǎn)。因此，鹵氧化物很可能是一種潛在的基質(zhì)材料?；谶@些考慮，本文選擇了具有特定組成的化合物作為基質(zhì)材料，即Ⅲ

4、A族復(fù)合(鹵)氧化物，主要通過高溫固相法制備了相應(yīng)的稀土摻雜熒光粉。通過Ce3+和Eu3+等離子的摻雜來研究格位性質(zhì)、晶體場強(qiáng)度大小、基質(zhì)組分以及熒光粉形貌和尺寸大小對其發(fā)光性能的影響。這種系統(tǒng)的研究過程有助于夯實相關(guān)的理論基礎(chǔ)和積累一定的實踐經(jīng)驗，為今后進(jìn)一步開展新型的稀土摻雜熒光粉的開發(fā)設(shè)計工作奠定基礎(chǔ)。論文各章的主要內(nèi)容分別如下：
　　 第一章，簡單介紹了熒光粉的相關(guān)概念、理論知識、實際應(yīng)用情況以及論文選題的背景和意義，為

5、后續(xù)章節(jié)的展開做了必要的鋪墊。
　　 第二章，測試了熒光粉Sr3GaO4F∶Ce3+在紫外-可見光、陰極射線和X射線激發(fā)下的發(fā)光性質(zhì)。從格位性質(zhì)、能量傳遞等方面解釋了熒光粉發(fā)光顏色在藍(lán)綠光和黃綠光范圍內(nèi)存在一定程度可調(diào)性的原因。計算了Ce3+離子5d能級的質(zhì)心位移和晶體場劈裂大小。根據(jù)發(fā)光特征和計算結(jié)果對Ce3+發(fā)光中心進(jìn)行了具體的格位歸屬分析。分析表明，熒光粉Sr3GaO4F∶Ce3+的發(fā)光源自兩個不同格位上Ce3+離子發(fā)射的

6、疊加；通過改變Ce3+離子摻雜濃度的大小，可以有效地調(diào)控?zé)晒夥鄣陌l(fā)光顏色。陰極射線激發(fā)下良好的發(fā)光性能表明該熒光粉在FED顯示方面有潛在的應(yīng)用價值。
　　 第三章，在第二章的基礎(chǔ)上，測試分析了熒光粉Sr3AlO4F∶Ce3+的光致發(fā)光性質(zhì)。側(cè)重于分析能量傳遞、熒光粉組分對Ce3+離子發(fā)光性質(zhì)的影響，并測試了手工制作熒光粉轉(zhuǎn)換LED的發(fā)光性能。分析表明，隨Ce3+離子摻雜濃度的增大，Ce1和Ce2兩種發(fā)光中心之間的能量傳遞速率加快

7、，從而導(dǎo)致了Ce1藍(lán)光發(fā)射的淬滅和Ce2黃綠光發(fā)射的增強(qiáng)；此外，熒光粉組分的改變影響了Ce3+的格位占據(jù)情況，從而在一定程度上改變了熒光粉的發(fā)光顏色；手工制作LED器件的發(fā)光性能測試表明，該熒光粉在LED方面存在一定的應(yīng)用前景。
　　 第四章，測試分析了熒光粉Sr3AlO4F∶Ln3+(Ln=Eu、Tb、Dy)的發(fā)光性質(zhì)。主要探討了格位對Eu3+、Tb3+發(fā)光顏色的影響。隨著Eu3+摻雜濃度的增加，格位占據(jù)的改變導(dǎo)致其5D0-7

8、F0發(fā)射強(qiáng)度相對于最強(qiáng)發(fā)射5D0-7F2的強(qiáng)度逐漸減弱，從而在一定程度上影響了熒光粉的發(fā)光顏色。由于交叉弛豫的影響，Tb3+離子摻雜濃度的提高導(dǎo)致它的最強(qiáng)發(fā)射從5D3的藍(lán)綠光發(fā)射變成了5D4的黃綠光發(fā)射。但測試沒有發(fā)現(xiàn)格位占據(jù)對Dy3+發(fā)光顏色產(chǎn)生明顯的影響。
　　 第五章，測試分析了熒光粉Sr3Al2O5Cl2∶Ce3+在紫外光和X射線激發(fā)下的發(fā)光性質(zhì)。借助對基質(zhì)電子結(jié)構(gòu)(包括能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度)的計算和晶體結(jié)構(gòu)的分析，簡單的分

9、析了基質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)對發(fā)光性能的影響。X射線激發(fā)下Sr3Al2O5Cl2∶Ce3+顯示了較強(qiáng)的藍(lán)光發(fā)射，其光子產(chǎn)率(26300 Photons/MeV)比BaF2晶體的(8880 Photons/MeV)的高，表明其有可能是一種潛在的X射線熒光粉。
　　 第六章，利用共沉淀法、反相微乳法以及水熱(溶劑熱)法制備了形貌和粒徑大小不一的YBO3∶Eu3+熒光粉。不同制備方法下所得熒光粉的發(fā)光存在一定的差異，Eu3+離子的最強(qiáng)發(fā)射可在5