Eu~(2+)掺杂硅酸盐荧光粉的发光光谱和结构研究

【摘要】我国是稀土资源最为丰富的国家，因为稀土元素的最外层电子构型基本相同，易在化学反应中失去三个电子，从而成为+3价的离子，比一般金属都来得更为活泼。还有一些稀土元素失去电子后还能被还原，例如Eu、Yb原子。还有一些稀土元素还能进一步被氧化成为+4价，例如Tb、Ce。正是因为稀土元素有如此丰富的价态变化，使得稀土元素具有一般元素所无法比拟的光谱学性质,使稀土成为新材料研究与开发领域的热门话题。以硅酸盐为基质的发光材料，因其刚性结构和非常稳定的晶体结构，使得其成为高发光效率的基质材料。稀土离子掺杂硅酸盐基质，已经被多次报道用于商业照明产业，如白色LEDs。二价Eu2+离子作为稀土发光材料中的主要激活剂离子，因其掺杂的荧光粉具有很好的结构及发光性能而被广泛研究。本论文选择了硅酸盐作为发光基质，通过高温固相法合成制备了系列的稀土硅酸盐荧光粉。通过对其进行物相分析，与标准卡片对照，确定其结构，证明合成的都为纯相，没有其他杂质存在。通过测试其激发光谱和发射光谱，研究了Eu2+离子掺杂的硅酸盐荧光粉的发光性能。通过分析其发射光谱，确定其发光中心。通过对其发光衰减曲线，浓度猝灭，发光与温度的关系曲线图以及色度坐标的讨论来研究其潜在的应用。第三章，本章通过高温固相法合成了Eu2+掺杂Ba2CaMg2Si6O17的荧光粉，其中Eu2+掺杂浓度为1.0mol%和10.0mol%，通过XRD图谱分析，得到的实验结果没有杂峰被发现，为纯相，且其为层状结构。通过对不同掺杂浓度的激发和发射光谱进行分析，其能够被紫外线有效激发，然后发射出明亮的蓝光。不同的掺杂浓度发光强度也是不同的，当Eu2+掺杂浓度大于10.0mol%时，由于浓度猝灭使得发光强度降低。而且，随着掺杂浓度的升高，Ba2CaMg2Si6O17：Eu2+的发光中心由原来的一个变为两个Eu2+1和Eu2+2两个。通过发光与温度的关系曲线，发现温度由25°C升高到150°C，发光强度降低了10%，有微弱的热猝灭行为，说明其有很好的热稳定性能。第四章，本章Eu2+掺杂的K4CaSi3O9化合物，分析其XRD结果，没有杂峰发现，得到的物质为纯的K4CaSi3O9：Eu2+荧光粉。通过分析其被355nm激发时的发射光谱，可以发现有两个不同的发射峰，即有两个发光中心，分别为530nm处的Eu2和586nm处的Eu1,其分别取代的是Ca2和Ca1位置。通过发射光谱，算得其CIE坐标为X=0.319，Y=0.573，是典型的黄绿色发光。从发光与温度关系曲线上，我们可以得到，当温度上升到150℃时，其发光强度降低到25℃时的80%，有微弱的热猝灭行为。K4CaSi3O9:Eu2+具有很好的热稳定性。且随着温度的升高，K4CaSi3O9:Eu2+的发射光谱发生蓝移现象，这是其在实际应用中的一个缺陷。第五章，Eu2+掺杂BaMgSi4O10荧光粉，试验测得其物相为纯相，没有杂质存在。从其发射光谱中，我们可以发现，BaMgSi4O10:Eu2+荧光粉的发光强度为BaMgAl10O17:Eu2+荧光粉的1.2倍，说明其发光更为有效。当温度由室温300K上升到440K时，其发光强度反而降低了13%，该结果表明，BaMgSi4O10:Eu2+荧光粉在应用中具有很好的热稳定性。BaMgSi4O10:Eu2+为层状结构，这种结构的硅酸盐基质荧光粉在已报道的文献中，都有很好的热稳定性和发光效率。本论文的创新点是，系统地研究了稀土二价铕离子掺杂硅酸盐基质（K4CaSi3O9、BaMgSi4O10、Ba2CaMg2Si6O17）荧光粉的结构、激发光谱和发射光谱，以及其应用性能。通过研究发光衰减曲线、浓度猝灭曲线以及发光色度，发现这些荧光粉具有较高的发光效率和很好的热稳定性，以此来研究其潜在的应用。
【作者】袁蓓玲；
【导师】黄彦林；
【作者基本信息】苏州大学，材料学，2014，硕士
【关键词】稀土硅酸盐；二价铕离子；激发与发射光谱；微结构；

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