稀土離子摻雜的納米LuAG粉體的制備及其發(fā)光性能研究.pdf

1、能源和環(huán)境一直是制約社會發(fā)展的重要因素，半導(dǎo)體白光LED因其節(jié)能、環(huán)保、高效、響應(yīng)快、壽命長等優(yōu)勢，被稱為二十一世紀的綠色照明新光源，越來越受到人們的廣泛關(guān)注。Ce摻雜的LuAG(Lu3Al5O12)黃色熒光粉具有較高的量子效率和良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，是一種潛在的可用于藍光芯片激發(fā)型白光LED的高效熒光粉，但是目前Ce摻雜的LuAG熒光粉面臨著制備工藝復(fù)雜、顆粒分散性差、發(fā)光效率低、紅光成分缺失等缺點。本論文采用微波燃燒技術(shù)合成了Ce摻

2、雜的LuAG納米熒光粉，系統(tǒng)研究了制備技術(shù)對LuAG∶Ce熒光粉的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能的影響;研究了Sm，Pr，Eu，Cr分別摻雜的LuAG熒光粉的光譜性能;系統(tǒng)研究了Sm，Pr，Eu，Cr分別與Ce共摻雜LuAG黃色熒光粉的光學(xué)性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　以Lu2O3、HNO3、Al(NO3)3·9H2O、Ce(NO3)3·6H2O、甘氨酸等為主要原料，采用微波輔助溶液燃燒法制各了Ce摻雜的LuAG黃色熒光粉。研究結(jié)果表明:95

3、0℃煅燒后，粉體呈現(xiàn)單一立方相結(jié)構(gòu)，晶粒大小在20～30 nm范圍內(nèi)，粒度分布均勻。熒光粉的激發(fā)光譜包含348 nm和445 nm處的兩個激發(fā)帶，說明熒光粉可以被藍光有效激發(fā);發(fā)射光譜是從460 nm跨越到650 nm的不對稱寬發(fā)射帶，發(fā)射峰在505 nm附近。當(dāng)金屬離子與甘氨酸的比例為1∶0.5時，粉體表面雜質(zhì)和缺陷少，發(fā)光強度最高。當(dāng)Ce3+的摻雜濃度在0～3.0 mol％范圍內(nèi)時，隨著Ce3+摻雜濃度的不斷增大，發(fā)光強度先增大后減

4、小，同時發(fā)射峰發(fā)生紅移。Ce3+離子的猝滅濃度為1.0 mol％，其濃度猝滅機理是電偶極與電偶極之間的相互作用。摻雜3wt％LiF后，熒光粉的結(jié)晶溫度降低至850℃，發(fā)光強度提高了約3.5倍。添加10 mol％(NH4)2SO4緩解了粉體的團聚現(xiàn)象，改善了粉體的發(fā)光性能，但(NH4)2SO4的分解消耗了部分熱量，反而提高了LuAG相的結(jié)晶溫度。
　　采用微波輔助溶液燃燒法制備了不同濃度Sm3+，Pr3+，Eu3+，Cr3+分別摻雜

5、的LuAG熒光粉，研究了熒光粉的光譜性能。LuAG∶Sm熒光粉在406 nm，418 nm和466nm等處有較強激發(fā)峰，最強發(fā)射峰出現(xiàn)在618nm處，Sm3+的猝滅濃度為1.50mol％; LuAG∶Pr熒光粉在451 nm，460 nm和474 nm等處有較強激發(fā)峰，發(fā)射峰位于487 nm，564 nm和610nm處，其中在610nm發(fā)射處Pr3+的猝滅濃度為0.50 mol％; LuAG∶Eu熒光粉在382 nm，394 nm和46

6、6 nm等處出現(xiàn)較強激發(fā)峰，發(fā)射峰位于592 nm，610 nm和710 nm等處，Eu3+的猝滅濃度10.00 mol％; LuAG∶Cr熒光粉的激發(fā)峰位于458 nm和575 nm處，發(fā)射峰位于565 nm，677 nm和704 nm處，當(dāng)Cr3+摻雜時，沒有出現(xiàn)明顯的濃度猝滅現(xiàn)象。研究結(jié)果表明，Sm3+，Pr3+，Eu3+，Cr3+四種離子分別摻雜的LuAG熒光粉在藍光區(qū)域內(nèi)均出現(xiàn)了較強激發(fā)峰，且在橙光和紅光區(qū)域出現(xiàn)了較強的發(fā)射峰

7、，說明熒光粉均可以與InGaN藍光芯片相匹配，并能發(fā)射橙光和紅光。
　　通過微波輔助溶液燃燒法制備了不同濃度Sm3+，Pr3+，Eu3+，Cr3+分別與Ce3+共摻雜的LuAG熒光粉，其中，在Sm3+，Pr3+和Cr3+分別與Ce3+共摻雜的LuAG熒光粉的發(fā)射光譜中，除了有Ce3+離子的黃色特征發(fā)射峰外，在618 nm，610 nm和704 nm等處分別出現(xiàn)了Sm3+，Pr3+和Cr3+離子的特征發(fā)射峰。Ce3+和Sm3+，Pr

8、3+，Cr3+之間存在以非輻射躍遷方式為主的能量傳遞，能量從Ce3+的5d激發(fā)態(tài)分別傳遞給Sm3+的4G5/2能級、Pr3+的3P0能級和Cr3+的4T2g能級。Sm3+，Pr3+和Cr3+離子的共摻雜增強了熒光粉的橙光和紅光發(fā)射，降低了熒光粉的色溫，當(dāng)Sm3+，Pr3+和Cr3+離子的摻雜濃度分別為3.0 mol％，1.0 mol％和1.0 mol％時，熒光粉的色溫降低幅度最大，分別從7221.94K降低至6772.77K，6837.