釩酸鹽基白光LED用熒光材料的制備及發(fā)光性能研究

發(fā)布時(shí)間：2020-04-01 14:03

【摘要】：釩酸鹽基質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,大部分釩酸鹽基質(zhì)通常在紫外光激發(fā)下能夠發(fā)射藍(lán)綠光,且能將能量有效地傳遞給激活劑離子,這些優(yōu)點(diǎn)使釩酸鹽基質(zhì)成為熒光材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。本文通過高溫固相法合成了系列以釩酸鹽為基質(zhì)的白光發(fā)光二極管(WLED)用熒光粉。主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)利用高溫固相法合成Sr_3La(VO_4)_3:Eu~(3+)熒光粉,該熒光粉在紫外光激發(fā)下有著強(qiáng)烈的釩酸根藍(lán)綠光發(fā)射以及較強(qiáng)的銪離子紅光發(fā)射。通過摻雜陰離子(MoO_4~(2-)、WO_4~(2-)、PO_4~(3-))和陽離子(Y~(3+)、Gd~(3+)、Tb~(3+)),調(diào)控紅光和藍(lán)綠光的強(qiáng)度比例,合成單一基質(zhì)白光熒光粉。XRD測(cè)試結(jié)果表明,少量的離子摻雜不改變基質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)。通過熒光測(cè)試可知,摻雜一定量的MoO_4~(2-)和WO_4~(2-)能明顯降低VO_4~(3-)的藍(lán)光發(fā)射,但對(duì)Eu~(3+)的紅光發(fā)射影響不大。適量的PO_4~(3-)摻雜能夠減弱VO_4~(3-)的自發(fā)猝滅,有利于VO_4~(3-)向Eu~(3+)傳遞能量�？紤]到摻雜MoO_4~(2-)和WO_4~(2-)會(huì)帶來電荷不平衡,在摻雜MoO_4~(2-)和WO_4~(2-)離子的同時(shí)添加F~-離子來進(jìn)行電荷補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)表明,通過摻雜F~-離子補(bǔ)償MoO_4~(2-)摻雜所造成的電荷不平衡,Eu~(3+)的紅光發(fā)射隨著MoO_4~(2-)摻雜濃度而增強(qiáng),VO_4~(3-)的藍(lán)光發(fā)射先增強(qiáng)后減弱;F~-離子補(bǔ)償WO_4~(2-)摻雜所造成的電荷不平衡時(shí),對(duì)增強(qiáng)Eu~(3+)的發(fā)光作用不大但可以明顯降低VO_4~(3-)的發(fā)光。摻雜不同濃度的MoO_4~(2-)和WO_4~(2-)能夠使VO_4~(3-)的激發(fā)峰和發(fā)射峰出現(xiàn)不同程度的紅移。摻雜Y~(3+)、Gd~(3+)以及少量的Tb~(3+)能夠提高Eu~(3+)的發(fā)光性能,其中Y~(3+)和Gd~(3+)的效果非常顯著。在紫外光激發(fā)下,利用MoO_4~(2-)、WO_4~(2-)、Y~(3+)、Gd~(3+)和Tb~(3+)摻雜改變VO_4~(3-)和Eu~(3+)發(fā)光強(qiáng)度的比例,可以得到單一基質(zhì)的白光熒光粉。(2)采用高溫固相法,在Ca_3La(VO_4)_3基質(zhì)中單摻Tm~(3+)、Dy~(3+)、Sm~(3+)、Tb~(3+)和Eu~(3+)及共摻Tm~(3+)-Eu~(3+)、Tm~(3+)-Sm~(3+)、Tm~(3+)-Dy~(3+)、Dy~(3+)-Eu~(3+)和Dy~(3+)-Tb~(3+)等稀土離子,在Ca_3La(VO_4)_3:Eu~(3+)中利用摻雜Mg~(2+)和Sr~(2+)取代基質(zhì)中部分Ca~(2+),合成系列熒光粉。在稀土離子單摻Ca_3La(VO_4)_3樣品中,均表現(xiàn)出稀土激活離子的特征發(fā)射,其中Tm~(3+)的發(fā)光較弱,其它摻雜稀土離子具有較強(qiáng)發(fā)光。對(duì)于稀土離子雙摻雜樣品,共摻Tm~(3+)-Eu~(3+)、Tm~(3+)-Sm~(3+)、Tm~(3+)-Dy~(3+)、Dy~(3+)-Tb~(3+)等離子均能夠得到單一基質(zhì)近白光發(fā)射的熒光粉,而在Dy~(3+)-Eu~(3+)共摻體系中,改變Dy~(3+)的摻雜濃度能夠得到紅光和黃光發(fā)射的熒光粉。在Ca_3La(VO_4)_3:Eu~(3+)體系中,摻雜不同半徑的Mg~(2+)和Sr~(2+)部分取代基質(zhì)中Ca~(2+)能夠提高Eu~(3+)的發(fā)光,其中Mg~(2+)摻雜量x=0.3時(shí)基質(zhì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的藍(lán)綠光發(fā)射,在此摻雜濃度下可以得到單一基質(zhì)白光發(fā)射的熒光粉。。(3)采用高溫固相法合成Ca_(3x/2)La_(3-x)(VO_4)_3:0.01Eu~(3+)(x=0~3)系列熒光粉,在800℃~1100℃煅燒溫度和3h~6h煅燒時(shí)間范圍均可得到單斜晶系LaVO_4、六方晶系Ca_3La(VO_4)_3和六方晶系Ca_3(VO_4)_2體系。在1000℃和5h合成條件下,改變La~(3+)和Ca~(2+)的比例,可以得到體系由LaVO_4到Ca_3La(VO_4)_3再到Ca_3(VO_4)_2的變化。在LaVO_4轉(zhuǎn)變?yōu)镃a_3La(VO_4)_3相的過程中,激發(fā)光譜中寬帶激發(fā)峰位出現(xiàn)紅移,Eu~(3+)發(fā)射以~5D_0→~7F_2電偶極躍遷為主,總體來看躍遷發(fā)射先增強(qiáng)后減弱,當(dāng)x=1時(shí)Eu~(3+)有最強(qiáng)發(fā)射。在Ca_3La(VO_4)_3相轉(zhuǎn)變?yōu)镃a_3(VO_4)_2相的過程中,所有樣品的激發(fā)寬峰移動(dòng)不明顯,Eu~(3+)發(fā)射增幅顯著。(4)采用高溫固相法制備NaMg_(4-x)Ca_x(VO_4)_3:0.01Eu~(3+)(x=0~2)、NaMg_(2.1)Ca_(1.9-y)(VO_4)_3:y Eu~(3+)(y=0~0.19)、NaMg_(2.1)Ca_(1.9-y)(VO_4)_3:yEu~(3+),xX~-(X=Cl,F)和NaMg_(2.1)Ca_(1.9-x-y)(VO_4)_3:yEu~(3+),x M~+(M=Li,Na,K)系列熒光粉,在紫外光激發(fā)下,熒光粉能同時(shí)發(fā)射釩酸根的藍(lán)綠光和銪離子的紅光。在NaMg_(4-x)Ca_x(VO_4)_3:0.01Eu(x=0~2)系列中,基質(zhì)和Eu~(3+)的發(fā)射先增強(qiáng)后減弱,且基質(zhì)的發(fā)射峰位紅移。在NaMg_(2.1)Ca_(1.9-y)(VO_4)_3:yEu~(3+)體系中,當(dāng)Eu~(3+)摻雜量y=0.133時(shí),能量傳遞效率η為42.21%,表明VO_4~(3-)與Eu~(3+)之間的能量傳遞是有效的,傳遞機(jī)制屬于偶極-偶極相互作用。隨著Eu~(3+)濃度增加,CIE坐標(biāo)由藍(lán)光區(qū)域移動(dòng)到白光區(qū)域。添加F~-、Cl~-、Li~+、Na~+和K~+做電荷補(bǔ)償劑能夠增強(qiáng)Eu~(3+)的發(fā)光,陽離子電荷補(bǔ)償效果優(yōu)于陰離子,電荷補(bǔ)償效果為L(zhǎng)i~+Na~+k~+F~-Cl~-,所有樣品CIE坐標(biāo)都可以移動(dòng)到白光區(qū)域,說明可以得到單一基質(zhì)發(fā)射的白光熒光粉。
【圖文】：

黃色熒光粉,藍(lán)光LED,三基色,芯片組

研究背景蓬勃發(fā)展，資源消耗巨大、環(huán)境相比之前都受到污染因各國(guó)面臨的嚴(yán)峻問題。如何有效節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境已二極管的研究歷史較為悠久[1-3]，美國(guó)通用電氣公司于色發(fā)光 LED[4]，這對(duì)以后 LED 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起了推動(dòng)作用方面取得重大技術(shù)突破，在 1991 年日本和美國(guó)的公日亞公司在 1993 年研制成功了 AlGalnN 藍(lán)光 LED，此后，，通過與 Y3Al5O12:Ce3+黃色熒光粉組合實(shí)現(xiàn)了 LED的白序幕。制備方法

色度坐標(biāo),色品坐標(biāo),物理學(xué),生物學(xué)