【摘 要】
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随着人工照明技术的飞速发展,荧光粉光转换型发光二极管（pc-LEDs）由于具有绿色节能、低热辐射、高效率和光谱可控等优点,在植物照明中得到广泛应用。特别是在光谱可控方面,它通过将合适的荧光粉与商用LED相结合,可以为特定的植物生长提供定制的光谱。先前的研究表明,植物生长所需的红光主要包括发射峰为660 nm的深红光和730 nm的远红光。Mn4+掺杂的氧化物通常显示出200-600 nm范围内的宽
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.11564025）
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随着人工照明技术的飞速发展,荧光粉光转换型发光二极管（pc-LEDs）由于具有绿色节能、低热辐射、高效率和光谱可控等优点,在植物照明中得到广泛应用。特别是在光谱可控方面,它通过将合适的荧光粉与商用LED相结合,可以为特定的植物生长提供定制的光谱。先前的研究表明,植物生长所需的红光主要包括发射峰为660 nm的深红光和730 nm的远红光。Mn4+掺杂的氧化物通常显示出200-600 nm范围内的宽激发带以及650-780 nm范围内的窄发射带,这使得其在植物照明领域具有广阔的应用前景。因此,本论文以Mn4+为激活离子,通过探寻合适的氧化物基质材料以及研究组分取代对荧光粉发光性能的影响,最终通过传统的高温固相法制备了三种高效、可应用于植物照明的深/远红光荧光粉。具体的内容如下:1)运用高温固相法制备了不等价双格位取代的Li4Al Sb O6:Mn4+(LAS:Mn4+)深红光荧光粉。研究了LAS:Mn4+的晶体结构、发光性能以及Mn4+对于LAS晶体中Al3+和Sb5+离子的不等价双格位取代。结果发现,LAS化合物属于C2/c空间群的单斜体系。在467 nm激发下,LAS:Mn4+在673 nm处显示出强深红光发射峰。Mn4+离子的最佳掺杂浓度被确定为0.5 mol%,其相应的内量子效率和色纯度分别为39.5%和99.1%。通过荧光光谱和时间分辨发射光谱证明了Mn4+离子在LAS晶格中同时占据八面体Al3+和Sb5+格位。LAS:0.5%Mn4+荧光粉与460nm蓝光LED封装的器件可以发射大约460和673 nm的紫红光,可同时提供植物生长所需要的蓝光和深红光波段。而使用LAS:0.5%Mn4+和商用YAG:Ce3+荧光粉封装的LED器件呈现出低相关色温（CCT=3534 K）的暖白光。2)采用高温固相法合成了具有优良发光性能的Ca3-6y（NaLu）3yLiSbO6:Mn4+(CNULS:Mn4+)远红光荧光粉。研究了Ca3LiSbO6:Mn4+(CLS:Mn4+)的晶体结构和发光性能,探究了[Na+-Lu3+]部分取代[Ca2+-Ca2+]的共取代策略对其晶体结构、发光性能和热稳定性的影响。结果发现,CLS:Mn4+的发射光谱在694 nm处呈现出远红光发射带。确定了在CLS中Mn4+离子的最佳掺杂浓度为0.6mol%,并且其相应的内、外量子效率分别为39.5%和23.1%。通过在CLS:Mn4+中用化学单位[Na+-Lu3+]取代[Ca2+-Ca2+]后,最佳样品CNULS:Mn4+（y=3%）的发光性能显著提升,其内、外量子效率分别提升至80.1%和47.4%。发光性能的改善可以解释为由晶格收缩引起的晶体结构刚性的增强,从而抑制晶格中的非辐射能量弛豫。CNULS:Mn4+荧光粉还具有极好的热稳定性,其在423 K时的发射强度保持为室温下初始强度的87%。封装的pc-LED器件不仅在不同的驱动电流下都能产生稳定的远红光发射,而且还与光敏色素PFR的吸收光谱非常匹配。3)通过在不发光的Sr2CaTeO6:Mn4+(SCT:Mn4+)材料中实施[K+-Y3+]对[Sr2+-Ca2+]的全取代策略,获得了一种新型的Sr KYTeO6:Mn4+(SKYT:Mn4+)深红光荧光粉。研究了SKYT:Mn4+的晶体结构和发光性能,并对其发光机理进行了探讨。结果发现,SKYT化合物属于单斜晶系P21/n（14）空间群。SKYT:Mn4+荧光粉的发射光谱在694 nm处呈现出远红光发射带。在SKYT中Mn4+离子的最佳含量为0.4 mol%,其浓度猝灭机制为电偶极-偶极相互作用。在338nm激发下,SKYT:0.4%Mn4+的色纯度和内量子效率分别高达98.5%和44.3%。该荧光粉还有良好的热稳定性,ΔEa值为0.417 e V,423 K时的发射强度保持为室温下初始强度的56%。这些优异的发光性能可归因于内部[TeO6]八面体发生畸变而引起的局部晶体环境的变化所致。由此,提出了基于组份取代开发新型Mn4+离子激活的钙钛矿氧化物荧光粉的策略。
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