稀土掺杂的碱土金属氧化物和硫化物的制备及发光性质的研究

来源 :中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangshuai5365
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白光LED由于它具有高效节能、体积小、寿命长等诸多优点而被视为第四代照明光源,应用前景十分广阔。目前实现白光LED有两种主要的方法:一种是将发黄光的荧光粉涂覆在蓝光芯片上,或者是将蓝光芯片与绿色和红色的荧光粉组合,得到白光;还有一种方法是用紫外或近紫外芯片去激发红、绿、蓝三基色的荧光粉得到白光。这两种方法各有其优缺点,第一种方法的发光效率比较高,但得到的光谱中缺少红光成分,导致显色指数跟稳定性较差。后一种方法得到的白光LED的显色性和稳定性都较好,不足的是发光效率相对较低。因此,我们迫切需要研制新型荧光粉来实现高效高质量的白光。在各材料体系中,稀土掺杂的碱土金属化合物由于其优越的光致发光性能和好的热稳定性和化学稳定性而备受关注。该体系荧光粉可以有效地吸收从近紫外到可见光谱区域的光,可以做为一种适合合成白光LED的荧光材料来与近紫外或蓝光(460nm)的芯片相匹配。在这类材料中,碱土金属硫化物跟氧化物又因其制备方法简单,原料廉价易得而被广泛研究。其中,稀土掺杂的碱土金属硫化物除了应用于三基色白光LED用红色荧光粉之外,由于其独特的光存储和快速红外上转换发光双重特性而广泛的红外探测和光存储等方面。稀土掺杂的碱土金属氧化物由于发光效率高,合成条件简单,成本低以及化学性质稳定等诸多优点而被广泛研究,并且这类材料适用于近紫外或蓝光激发。利用它包覆蓝光InGaN或近紫外光基LED芯片我们可得到显色指数高和色彩稳定性的白光LED。本论文以获得高效率的电子俘获光存储材料及适用于蓝光或近紫外激发的高效荧光材料为目标,以稀土掺杂的SrS和CaO为研究对象,系统的研究了他们的结构、电子俘获性能和发光性质,并主要取得了以下研究成果:(1)在还原气氛下通过水热法制备了电子俘获光存储材料SrS:Eu2+,Sm3+,Er3+。研究了不同Er3+浓度对材料发光性质及光激励特性的影响。研究了不同激发密度下样品的光激励发光衰减特性。实验表明,引入Er3+离子,样品的荧光和光存储特性都得到改善。当Er3+的含量x=0.003时,荧光强度、光存储量出现最大值,分别为不含Er3+时的1.9倍和3.5倍。同时,掺入Er3+离子后,样品的晶体结构和衰减特性都没有改变。其光激励发光衰减曲线为双分子过程。(2)还原气氛下利用高温固相法制备了CaO:Eu2+荧光粉。首次实现了CaO: Eu2+的蓝光发射。实验发现,CaO:Eu2+的激发光谱覆盖整个紫外和近紫外区,为250nm-450nm的宽带,发射光谱为峰值位于460nm宽带。并且优化出了最佳Er3+浓度0.5mo1%和NH4Cl用量6mo1%。在近紫外激发下,将CaO:Eu2+与目前商用的白光LED用蓝粉BAM进行了比较,证实了CaO:Eu2+适合近紫外激发并且有较强的发光强度。同时,CaO:Eu2+具有良好的温度特性,当温度达到200。C时,它的发光强度可以维持其常温下强度的86.56%。表明CaO:Eu2+在应用为白光LED用蓝色荧光粉上具有巨大的潜能。(3)利用高温固相法下合成了CaO:Ce3+,Li+荧光粉。研究了Ce3+浓度对发光性质的影响,得出Ce3+的最佳掺杂浓度为0.7mo1%。同时研究了不同电荷补偿剂对CaO:Ce3+发光性质的影响,其中,属Li+的效果最好,最佳掺杂浓度为0.7mmo1%。同时将CaO:Ce3+,Li+荧光粉与YAG相比较,对其温度特性进行了分析,并初步将其与蓝光芯片做成白光LED,得到了显色指数为78,色温问4524K的白光。证实了CaO:Ce3+,Li+荧光粉在照明领域的应用前景。
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