幾種磷灰石結(jié)構(gòu)熒光粉的制備及其成分-結(jié)構(gòu)-發(fā)光性能關(guān)系研究

幾種磷灰石結(jié)構(gòu)熒光粉的制備及其成分—結(jié)構(gòu)—發(fā)光性能關(guān)系研究作為下一代光源,白光LED具有優(yōu)異的性能,吸引了廣泛關(guān)注。得到白光LED的典型方式是將藍(lán)光芯片和Y3Al5O12:Ce³⁺熒光粉結(jié)合。然而,這種方式得到的白光LED猝滅溫度高和顯色指數(shù)低,這是由于發(fā)射光譜中缺乏綠光和紅光。紫外芯片與三基色熒光粉（紅、藍(lán)、綠色熒光粉）組合得到白光LED的方法可以解決上述問(wèn)題。因此,開(kāi)發(fā)新型單色熒光粉和單相多色熒光粉非常重要。眾所周知,能量傳遞和結(jié)構(gòu)調(diào)控是得到單相多色熒光粉的兩個(gè)主要方法。通過(guò)摻入各種外來(lái)離子,磷灰石結(jié)構(gòu)化合物可提供豐富的晶體場(chǎng)環(huán)境,可成為發(fā)光材料的優(yōu)良基質(zhì)晶體。本文采用高溫固相法合成了若干種新型磷灰石結(jié)構(gòu)熒光粉,研究了陽(yáng)離子類質(zhì)同像替代、絡(luò)陰離子類質(zhì)同像替代、陽(yáng)離子和絡(luò)陰離子協(xié)同類質(zhì)同像替代對(duì)幾種磷灰石結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。此外研究了Eu²⁺/Tb³⁺及Ce³⁺/Tb³⁺的能量傳遞。成果如下:1.合成了Sr₁₀（PO₄）6O:Eu²⁺熒光粉,該熒光粉發(fā)射藍(lán)光,發(fā)射峰位于439nm附近,具有較好的熱穩(wěn)定性,Eu²⁺在Sr₁₀（PO₄）6O基質(zhì)中占據(jù)兩種非等效格位Sr²⁺的位置。研究了絡(luò)陰離子替代對(duì)結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著[SO₄]2-和[SiO₄]4-對(duì)[PO₄]3-替代量的增加,Eu²⁺與周圍配位O2-的平均鍵長(zhǎng)減小,Eu²⁺所處晶體場(chǎng)增強(qiáng),Eu²⁺的4f65d1能級(jí)分裂和質(zhì)心偏移增大,導(dǎo)致Eu²⁺的4f65d1→4f7能級(jí)躍遷能量降低,并最終造成Sr9.97（PO₄）6-2x（SiO₄）x（SO₄）xO:0.03Eu²⁺（x=0,1.5,3）熒光粉的發(fā)射峰紅移（439nm→539nm）。2.合成了La_5.99Ce_0.01M₄（SiO₄）6F2（M=Ca,Sr,Ba）熒光粉,該熒光粉發(fā)射藍(lán)光,且具有寬帶發(fā)射。研究了陽(yáng)離子類質(zhì)同像替代對(duì)結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著Ca→Sr→Ba類質(zhì)同像替代,Ce³⁺與周圍陰離子的鍵長(zhǎng)增大,Ce³⁺所處晶體場(chǎng)減弱,Ce³⁺的5d能級(jí)分裂和質(zhì)心偏移減小,Ce³⁺的5d→2F5/2和5d→2F7/2能級(jí)躍遷能量增大,造成La_5.99Ce_0.01M₄（SiO₄）6F2（M=Ca,Sr,Ba）發(fā)射峰藍(lán)移,從423nm移動(dòng)到410nm處。3.合成了La_5.90-xBa_4+x（SiO₄）6-x（PO₄）xF2:0.10Ce³⁺熒光粉,該熒光粉發(fā)射藍(lán)光,具有較好的熱穩(wěn)定性。研究了絡(luò)陰離子、陽(yáng)離子協(xié)同類質(zhì)同像替代對(duì)結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著B(niǎo)a²⁺和[PO₄]3-對(duì)La²⁺和[SiO₄]4-的類質(zhì)同像取代,Ce³⁺與周圍離子的鍵長(zhǎng)增加,Ce³⁺所處晶體場(chǎng)減弱,Ce³⁺的5d晶體場(chǎng)分裂及質(zhì)心偏移減小,Ce³⁺的5d→2F5/2和5d→2F7/2能級(jí)躍遷能量增大,造成熒光粉的發(fā)射峰藍(lán)移,從414nm移動(dòng)到407nm處。4.合成了Ba₁₀（PO₄）6O:Eu²⁺,Tb³⁺/Li+熒光粉,發(fā)現(xiàn)Eu²⁺和Tb³⁺在Ba₁₀（PO₄）6O基質(zhì)中存在能量傳遞,能量傳遞機(jī)制可能是四極-四極相互作用。改變Eu²⁺和Tb³⁺的相對(duì)摻雜量,Ba₁₀（PO₄）6O:Eu²⁺,Tb³⁺/Li+熒光粉的發(fā)光顏色可從藍(lán)光調(diào)至綠光。采用制備的綠色熒光粉Ba9.83（PO₄）6O:0.03Eu²⁺,0.07Tb³⁺,0.07Li+和商用紅色熒光粉CaAlSiN3:Eu²⁺與370LED芯片封裝成了一個(gè)白光器件,該器件具有較好的顯色指數(shù)和較低的色溫。合成了Lu5（SiO₄）3N:Ce³⁺,Tb³⁺熒光粉,Ce³⁺在Lu5（SiO₄）3N基質(zhì)中存在兩個(gè)發(fā)光中心。Ce³⁺和Tb³⁺在Lu5（SiO₄）3N基質(zhì)中存在能量傳遞,能量傳遞機(jī)