Eu掺杂的Ca10(SiO4)3(SO4)3F2荧光粉的制备、结构及光学性能研究.docVIP

PAGE PAGE 17 Eu掺杂的Ca10（SiO4）3（SO4）3F2荧光粉的制备、结构及光学性能研究 白光LED（W-LED）被称为新一代节能光源，尤其是光转换型白光LED即PC-WLED被广泛应用。PC-WLED一般是将荧光粉涂覆在LED芯片上，利用LED芯片发出的较短波长的光，如蓝或近紫外光，激发荧光粉发出较长波长的可见光，如红、绿、蓝、黄光等，实现光复合最终得到白光。 本实验利用高温固相反应法合成了掺铕磷灰石Ca10（SiO4）3（SO4）3F2 样品，通过XRD对样品结构进行了表征，通过测定样品激发光谱与发射光谱对其发光性能进行了分析。随后对样品结构及发光特性进行了更为细致的研究。在350 nm光激发下，Ca10（SiO4）3（SO4）3F2 ：Eu2+ 荧光体的发射光谱显示出蓝色（峰值在420nm处）和绿色（峰值在525nm处）发射带，其色坐标值位于青色区。通过位型坐标图对Ca10（SiO4）3（SO4）3F2 ：Eu2+ 荧光体的浓度猝灭和能量传递机理进行了研究，并对光致发光的温度依赖性进行了探索，同时通过研究其光谱性质，找出最佳掺杂浓度。 1.1 发光材料的概述 1.1.1 发光材料的基本概念 发光材料在实际生活应用广泛，对它的研究很早就开始了。物质发光可以分为两类：辐射发光（黑体发光）和非辐射发光（冷发光或荧光发光）。辐射发光是由晶体晶格剧烈振动产生热电磁波而产生的，故理论上所有物体高温下都能发生辐射发光过程。非辐射发光则是由物质中电子在不同的电子能级之间跃迁时以光能形式释放出能量的过程。我们研究物质的发光主要是研究其非辐射发光。发光材料在合成过程中形成的晶体晶格具有缺陷才具备了发光的结构条件。由晶体本身的结构缺陷引起的发光叫自激活发光，由引入了掺杂离子形成杂质缺陷所引起的发光叫激活发光。根据其激发能量的不同主要有光致发光，电致发光，放射性发光，化学发光和生物发光等。以光致发光为例，激发光源的能量被发光中心吸收，吸收能量时发光中心的电子由低能态跃迁至高能态，当电子由高能态返回到低能态时能量以光能放出。实际应用中大多发光材料都是激活发光材料。本文主要围绕激活发光材料进行研究。 绝大多数无机发光材料是由基质、激活剂（和敏化剂）组成的。基质是发光材料的主体，激活剂离子掺入后部分取代基质晶格中的原有离子，形成杂质缺陷，在外界能量的激发下成为一个发光中心，产生发光。敏化剂的作用主要是更有效地吸收激发能量，并传给激活剂，增强发光效率。 1.1.2 稀土发光材料的基本概念 由于稀土元素具有独特的电子层结构，使得稀土离子化合物表现出许多优异的光、电、磁性能。稀土离子发光材料光吸收能力强，转换效率高，发射波长分布宽，可 \t /doc/_blank 发射从紫外线到 \t /doc/_blank 红外光的光谱，特别在可见光区有很强的发射能力，性质稳定。正是这些优异的性能，使得稀土发光材料更具有吸引力。稀土发光材料已广泛应用在新光源、显示显像、X射线增光屏等方面。 稀土离子的发光源于未填满的4f壳层的电子跃迁，产生光谱[1]。主要有f-f跃迁和f-d跃迁。由于4f层的电子被5s和5p电子层的8个电子所屏蔽，故晶体场对f-f跃迁发射光谱影响较小，谱线为线性光谱。发光材料f-f跃迁时发光特征有：光谱呈线性；基质对发射波影响不大；温度的影响较小，温度猝灭小。第二种跃迁f-d跃迁即4f电子跃迁到较高能级5d形成4fn-4fn-x5dx 的跃迁。由于5d轨道电子裸露在外，受晶体场影响强烈，其光谱表现出与f-f跃迁光谱明显不同的特征：发射光谱为宽带；谱带位置受基质影响较大；发射强度较强。总体来说，稀土发光材料的优点主要有：吸收能力较强，光转换效率高，在可见光区域具有很强的发射能力，物理化学性质稳定等。 1.2 LED概述 1.2.1 LED的基本概念及发展历史和现状 LED，即发光二级管（Light Emitting Diode）是一种半导体发光器件，其核心元件是P-N结，当在其两端加上正向电压时，半导体内的电子和空穴发生复合，放出能量引起光子发射产生光[2]。如图1.1发光二极管的结构和工作原理： 图1.1 发光二极管的结构和工作原理的发光原理 1907年Henry Joseph Round在金属针和碳化硅之间加上电压观察到电致发光现象[3]。到1962年Hlonyak在GaAs基体上使用磷化物首次制备出了可实际应用的红光LED[4]。90年代中期超亮度的GaN（氮化镓）LED问世，随后就是高强的的绿光和蓝光LED[5-11]。1996年白色LED首次被研究出来，到现在白光LED已经“飞入寻常百姓家”了。LED的发展进程如下[12]： 发展阶段 年份 发展进程 发光