碱土金属锡酸盐系白光LED单一基质荧光粉的研究

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人类一直在寻求光明,光不仅驱走了黑暗而且带来了希望。我们一直在努力改善照明条件,提高生活品质。随着国家对能源环境的重视,人民的节能环保意识的日益增强,对照明的要求也逐渐提高,于是白炽灯逐渐退出了历史舞台,新一代照明技术白光LED逐渐走向了市场。白光 LED凭借其得天独厚的优势,逐渐成为现代照明的主流。虽然最近几年白光 LED的制造新技术层出不穷,千差万别,但最为人们所认可的是荧光转换法。这种方法本质上是利用近紫外或蓝光芯片与对应的荧光粉组合制成白光LED,以实现白光照明。因此,新型荧光粉的开发也就变得越来越重要。目前,单一基质荧光粉已经成为科研工作者不可忽视的研究热点之一。单一基质荧光粉可以避免多种基质之间能量的再吸收,从而提高发光效率。虽然,目前科研工作者已经针对这一新型的荧光材料做了很多研究工作,开发了很多体系的荧光材料。不过,现在白光LED也并非十全十美,单一基质荧光粉中红色成分与其他颜色相比明显失调,这一缺陷制约着这类荧光粉的发展。本文针对这种情况,利用稀土离子Eu3+的掺杂,改善了上述难题,并进一步探究了CaSnO3:Tb3+,Eu3+稀土共掺杂样品中的能量传递机制,并探究了Ca2SnO4与Sr2SnO4两种基质晶体结构的差异对能量传递效率和热稳定性的影响。  本文第一部分实验选用了CaSnO3为基质,制备了稀土Tb3+和Eu3+掺杂的荧光粉样品。针对所制备稀土共掺样品中发生的能量传递进行了探索与求证。第二部分选用了M2SnO4(M=Ca,Sr)作为基质,同时研究了基质晶体结构对能量传递效率、热稳定性、光学特性等方面的影响。具体主要内容如下:  (1)本部分实验首先是用溶胶凝胶法制备了 CaSnO3、CaSnO3:Tb3+、CaSnO3:Eu3+和CaSnO3:Tb3+,Eu3+样品。利用XRD表征了所制备样品的晶体结构,经过对比,样品的XRD图与标准卡片相一致,表明稀土掺杂并没有改变基质的晶格结构。当用378nm激发光激发时,样品 CaSnO3:Tb3+发射绿光。试验中观察到随着铕离子掺杂量的增加, CaSnO3:Tb3+,Eu3+发射光的色调逐渐由绿光变为白光,最后呈现红光。通过荧光光谱和荧光寿命的表征,我们推测发光过程中存在能量传递。由公式拟合结果可知,样品中能量传递的机制是电四级-电四级相互作用。综上所述CaSnO3:Tb3+,Eu3+很有可能成为一种热门的新型荧光粉。  (2)研究白光LED照明最关键的是提高发光效率。为此无数科研工作者投入了很多精力,努力开发出了多种新型荧光粉。由于目前的单一基质荧光粉大多缺少红色成分,我们的这部分试验也致力于此,针对这方面做出的一定的尝试,试图改变这种现状。本实验利用高温固相法制备了Bi3+或Eu3+掺杂的Ca2SnO4和Sr2SnO4荧光粉。并对样品进行了荧光性能方面的表征。我们观察到Ca2SnO4:Bi3+, Eu3+和Sr2SnO4:Bi3+, Eu3+的发射光的颜色可以通过稀土离子掺杂的比例来进行调节。同时我们也注意到稀土掺杂的Ca2SnO4系列样品的能量传递效率比Sr2SnO4系列高的多,通过实验探究确定这是基质的晶格结构不同引起的。另外本实验结果显示碱土锡酸盐系荧光粉也具有优秀的抗热猝灭性能,因此很有希望看到其在市场上有所应用。
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