Ba2Gd(BO3)2ClRe(Re=Tb3 -Eu3 -Dy3 -Tm3 -Sm3 )的发光特性和能量传递研究.docxVIP

PAGE 6 Ba2Gd(BO3)2Cl:Re(Re=Tb3+,Eu3+,Dy3+,Tm3+,Sm3+)的发光特性和能量传递研究 稀土离子掺杂的发光材料在等离子平板显示（PDPs）、无汞荧光灯以及白光LED领域都有着非常重要的应用。本文所研究的Ba2Gd(BO3)2Cl：Re(Re=Tb3+,Eu3+,Dy3+,Tm3+,Sm3+)以及Tm3+,Dy3+共掺的Ba2Gd(BO3)2Cl样品在真空紫外/紫外激发下和阴极射线激发下均具有良好的发光性能。证明该体系在PDPs、无汞荧光灯、W-LEDs以及FEDs领域有着潜在的应用价值。 在Tm3+,Dy3+共掺的Ba2Gd(BO3)2Cl样品中，直接激发Tm3+从它的6F6能级跃迁至1D2能级，Tm3+的1D2-3F4发射强度与衰减时间随Dy3+离子掺杂浓度增加而减弱。由此直接证明体系中有Tm3+向Dy3+的能量传递。此外，Ba2Gd(BO3)2Cl: Tm3+,Dy3+荧光粉能有效的被358nm的紫外光激发，通过掺杂不同浓度Dy3+离子其颜色可在蓝光至黄光范围内调节。当1%Tm3 +和5%Dy3 +共掺杂时，Ba2Gd(BO3)2Cl: 0.01Tm3+, 0.05Dy3+的色坐标值为(0.352, 0.328)，与标准白光的(0.33, 0.33)接近，其相对色温为4589 K也满足在W-LEDs 领域对荧光粉色温小于5000K的要求。这就表明Ba2Gd(BO3)2Cl: 0.01Tm3+, 0.05Dy3+作为白光发光材料在近紫外激发下的W-LEDs领域有着潜在的应用价值。 1.1引言 在过去的几十年里，稀土离子掺杂的发光材料已在显示、照明领域内被广泛研究，如等离子平板显示器(PDPs)，无汞荧光灯，白色发光二极管（W-LEDs），场发射显示器（FEDs）等[1-5]。白光发光二极管(W-LEDs)，作为新一代照明器件，在可靠性、节能、环保和安全方面更为优异，从而获得了广泛的关注[6,7]。由蓝光LED芯片与YAG:Ce3+黄光荧光粉组合制作的高流明效率的白光LED是目前市面上白光LED产品的主流[8-11]。但是这种组合形式得到的白光由于发射光谱中缺少红光成分导致显色指数偏低，虽然可以通过在YAG: Ce3+荧光粉中引入红色发光中心丰富红光成分来改善这个问题[12-15]，但是这种组合方式还有一个重大的问题就是合成白光的蓝光成分来自于发光二极管，受二极管的性能制约不够稳定。紫外芯片激发三基色荧光粉复合得到白光是利用不参与白光配色的芯片发出的紫外光或紫光激发RGB三基色荧光粉使其发光，复合配成白光。但是其荧光粉转换效率低，性能不稳定，光衰大。因此，在不同的基质材料中利用掺杂不同的稀土离子，利用稀土离子之间的能量传递在单一基质中获得白色发光则成为了新的研究方向。 发光材料中的发光中心在受到激发源的激发后，除了可以自身产生由激发态到基态的辐射跃迁等方式释放能量外，还可以通过不同发光中心之间的能量传递过程来释放能量。能量传递就是发光材料中的某一发光中心（施主）将能量传递给给另外一个发光中心（受主）而使其产生发光的过程。固体发光材料中的能量传递过程主要有再吸收、共振能量传递、交叉弛豫和激子的能量传输这几种方式。 卤氧化物由于其优异的物理化学稳定性、较低的合成温度以及优越的光学特性得到了研究者们越来越多的关注，例如卤磷酸盐、卤硼酸盐、卤硅酸盐以及卤铝酸盐等。据文献报道[16，17]，Ba2Gd(BO3)2Cl具有单斜晶体结构，其空间群为P21/m。其晶胞结构主要由BO3四面体、(Ba-O, Cl) 和Gd-O多面体构成。Ba原子在此基质中具有两种不同的格位：与5个O和4个C1原子结合的9配位结构和与8个O和2个Cl结合的10配位结构。Gd原子与周围的7个O原子结合构成7配位结构，格位对称性为Cs。在此基质中，三价稀土离子的掺杂可以产生不同颜色的特征发光，从而获得不同领域的多色稀土发光材料。此外，由于三价稀土离子的掺杂代替Gd占据非反演对称中心格位，这样就会导致掺杂Dy3+离子的发光偏黄，这就需要引入Tm3+离子利用稀土离子之间的能量传补充蓝光成分以期得到良好的白光发射，从而获得白光LED荧光粉。 第二章 实验 2.1实验 本章所有样品均采用高温固相法合成。初始原料为BaCO3(99%)，BaCl2(99%)，H3BO3(99.5%)，Gd2O3 (99.99%)，Tb4O7（99.99%），Tm2O3(99.99%)，Dy2O3(99.99%)，Eu2O3 (99.99%)和Sm2O3 (99.99%)，按化学计量比准确的称取所需原料，其中H3BO3需过量5mol%以补偿高温挥发的损失，在玛瑙研钵中研磨混合均匀后在1000℃下保温3个小时，自然冷却后研磨即得样品。所得系列样品均为白色