稀土掺杂荧光粉下转换/上转换的发光性能及研究

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稀土作为一种重要的资源,在当前世界上的各个行业中都有所应用,其中稀土由于其拥有众多能级的特殊性,被制备成荧光粉发光材料,广泛应用于固体发光以及显示领域。例如,指示灯、展示牌、发光二极管、信号指示灯、仪表仪器显示等等。其中,最为广泛的则是白光LED的应用,作为新一代的发光能源,白光LED由于其低能耗,高效率的特点是受到了广泛的关注。目前,商业上进行白光LED合成的方法,其中一种是通过紫外,或者近紫外芯片,对三基色荧光粉进行激发,通过调整各色荧光粉的比例掺杂,达到产生白光的目的,这一种的优势是能够很好地调整白光的色温,达到很好的饱和度。第二种方式是,将YAG:Ce3+荧光粉涂覆在蓝光芯片上,就可以得到白光,这种方法的优势是成本降低,但红色饱和度略有缺失。其次,不同于紫外蓝光激发荧光粉的短波长激发长波长发射方式,荧光粉也可以通过长波长激发短波长发射的方式来产生可见光,这种过程被称为上转换发光。上转换发光由于其发光机理的独特性,被广泛用于测温,以及生物成像等方面。本文采用了传统的高温固相法制备了铌酸盐,钨酸盐共两个体系的荧光粉发光材料,并且针对其不同的发光机理研究了其发光特性。(1)使用高温固相法制备了Sr2La1-xNbO6:xEu3+(x=0.01、0.04、0.07、0.1、0.13、0.16)红色荧光粉,通过XRD、XPS、激发以及发射光谱、变温量子效率等等测试。样品在394nm激发光的照射下发射出橙红色的光,发射光的峰值位于612nm处,源于5D57F2能级的跃迁,其中,通过不同浓度Eu3+掺杂的样品的测试发现当掺杂达到0.13mol%的时候发射强度达到最大值,在变温发射光谱的测试下,该样品在423K的时候能够保持相对于常温时60.7%的发射强度,接着再进一步的对该样品进行变温的量子效率的测试,该样品在423K的时候内量子效率约为21.7%。将该Sr2La0.87NbO6:0.13Eu3+样品与商用绿色荧光粉混合之后,用395nm的蓝光LED芯片对该混合封装后,通电得到了显色指数为72.9的白光LED。(2)使用高温固相法制备了Sr2La1-yNbO6:ySm3+(y=0.01、0.04、0.07、0.1、0.13)红色荧光粉,通过XRD、XPS、激发以及发射光谱、变温量子效率等等测试。样品在405nm激发光的照射下发射出橙红色的光,发射光的峰值位于608nm处,源于4G5/26H7/2能级的跃迁,其中,通过不同浓度Sm3+掺杂的样品的测试发现当掺杂达到0.07mol%的时候发射强度达到最大值,在变温发射光谱的测试下,该样品在423K的时候能够保持相对于常温时80.7%的发射强度,接着再进一步的对该样品进行变温的量子效率的测试,该样品在423K的时候内量子效率约为2.0%。(3)通过高温固相法制备了钨酸盐体系的Bi1.2La0.8-xWO6:xEr3+(x=0.01、0.04、0.07、0.1、0.13)上转换发光的荧光材料,并对其发光特性进行了研究,在980nm的激发下,其发射峰在550nm呈现出强烈的绿光,同时发现该样品在掺杂浓度为0.1时达到最大值。并且通过使用Yb3+离子作为敏化剂掺杂,得到了Bi1.2La0.7WO6:0.085Er3+/0.015Yb3+荧光粉,由于Yb3+到Er3+的能量传递作用,使其发射强度得到了进一步的提高。说明该样品可以作为热探测器,生物成像等等。(4)通过高温固相法合成了Er3+离子掺杂Y2WO6样品的上转换荧光材料,使用了漫反射、XRD、发射光谱等对其进行了性能的检测和研究,其中,通过漫反射光谱检测发现该样品在970nm附近有明显的的吸收峰,同时使用漫反射与带隙计算公式得出该基质的直接带隙应该为4.36e V。通过使用976nm的激光器激发样品后,得到绿色的发射光,其峰值为545nm,在对不同浓度的Er3+掺杂之后发现该系列样品的发光强度在掺杂浓度为0.09mol%的时候达到峰值,发生浓度猝灭。进一步通过拟合不同泵浦功率激光激发样品后的发射强度得出该上转换应该为双光子激发的机理过程。
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