:荧光材料的合成与冷光性质外文翻译资料

 2022-07-10 07:07

Synthesis and Luminescence Properties of :Phosphors

:荧光材料的合成与冷光性质

正方结构的:荧光系统通过高温固相反应法来制备，其电荷补偿过程是，其中是类似、、的一价阳离子作用在于电荷补偿，本文将进行研究讨论。与纯的:样品相比较，参杂有离子的:极大的增强了红橙光的发射。对和的浓度依赖性发射频谱研究显示，的样品表现出最强的红橙光发射强度，其CIE值为。在402nm紫外辐照激发下，三个中心位于561nm、598nm、642nm的发射峰与的从到（J=5/2, 7/2, 9/2）发射线明显相一致，且三次发射（）时长基于衰变曲线计算度量。

  1. 简介：

因为主体材料在探索新型光学材料中发挥着重要作用，钨酸盐和钼酸盐由于其作为用于固态照明的类电光固态激光器和光转换磷光体中的闪烁材料的应用而受到高度关注。其中，钼酸盐（）含有配位的中心钼离子和四个氧离子具有相对稳定的四面体对称性（），属于空间群的四方晶体结构。在这种结构中，三价稀土离子可以占据具有四方对称性（）的主体二价阳离子位点，具有四方结构的白钨矿型是重要的材料并且在电光应用中显示出潜力。因此，有了对基无机功能材料的合成技术和光学性能进行了大量研究。一方面，树状微晶通过微乳液介导的方法合成，并通过水热法合成了鸟巢状和花状纳米结构。另一方面，研究掺杂不同稀土离子的的发光性能，例如最近被报道过的和。在许多稀土离子中，具有电子构型的离子在可见光区域显示出强烈的橙红色荧光。从各种照明光和显示技术领域的一些光学应用的角度来看，新颖的红色或橙色发光光学材料是必不可少的。这促使我们合成和探索掺杂的荧光体。

在这项工作中，通过固态反应方法制备了强烈的红橙色:荧光体。作为电荷补偿的、、离子已被引入到:荧光体系统中。通过X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），漫反射光谱（UV-vis）和光致发光（PL）以及光致发光激发（PLE）光谱，研究了所制备的荧光粉的相结构，形貌和发光性质。 实验发现了强烈的微红色的发射光的荧光体，并且还讨论了可能的发光机理。

  1. 实验过程：

荧光材料:采用固相反应法制备。原料为，，并加入适量的，或作为电荷补偿剂。化学计量的原料包括一定量的（R指Li、Na、K）在玛瑙研钵中研磨并在500℃预烧2小时，然后在850℃加热4小时。之后，将热处理粉末自然冷却至环境温度。相结构研究通过以CuKalpha;辐射，40kV，30mA和2.0度（）/分钟的扫描速度的X射线粉末衍射表征（XRD，Shimadzu XRD-6000，Kyoto，Japan）。使用SEM（JEOL，JSM-6490，JEOL Ltd.，Tokyo，Japan）观察微观组织结构。使用附着于整体球体的UV-Vis-NIR分光光度计（Shimadzu UV-3600）测量在合成的磷光体上的漫反射光谱。以作为参考标准。使用Perkin-Elmer LS-55荧光分光光度计（Norwalk，CT）以400V工作的光电倍增管和150W Xe灯作为激发灯来记录绘制PL光谱和衰减曲线。

  1. 结果讨论：

固相法是在学术和工业领域制备磷光体材料的一种非常容易的方法。 因此，我们通过固相法仔细制备了样品并检查了它们的结构。图1给出了在没有电荷补偿剂的情况下制备的掺杂的荧光体的XRD图以及具有不同电荷补偿剂如、、的荧光体样品。（JCPDS卡29-0193）的标准数据也在图中进行比较。从图中可以看出，它显示了所有样品的结晶线白钨矿型相，并且所有衍射峰都符合JCPDS卡29-0193。但是，作为例外，样品（c）在附近存在额外的弱衍射峰，这应该归因于残余原料BaO。从附近的典型（112）衍射峰，我们还可以发现:荧光粉和其他三种通过与、、离子共掺杂的荧光粉的衍射峰向更大的衍射方向。应该归因于成功将小半径离子，例如（0.96 A°）和（0.59 A°），（0.97 A°）或（1.33 A°），引入到四方结构中的（1.32 A°）位点反过来导致晶格体积收缩。此外，基于图1中的给定XRD数据，通过UnitCell程序在四方晶系中计算上述晶格参数，并且相应的值示于表I中。纯（JCPDS卡29-0193）呈现白钨矿结构，其具有四方晶相，空间群为，晶格常数为，，，晶胞体积为。如表I所示，由于Li 1的离子半径较小，与其他样品相比，显示最小晶格参数。而晶格参数与纯样品类似，可能的原因是的离子半径类似于的离子半径，因此它对于的晶格产生很小的变化。因此，图2显示了所制备的，，， 的SEM图像。荧光体粉末由平均直径为2-5mm的相对分散且均匀的形态组成，并且这种荧光体可以在照明和显示应用中容易地结合到基板。随着电荷补偿剂，和加入到中，颗粒的平均尺寸也有确定的减小。由于，和的熔点相对较低，这表明这些碱金属碳酸盐也可以在制备辅助中起到助熔剂的作用促进荧光体颗粒的生长，这降低了局部凝聚的可能性。

为了提高掺杂稀土离子的荧光粉的发光强度，对非等离子交换的电荷补偿的研究是非常必要的。因此，本文研究了不同电荷补偿对掺杂荧光粉发光性能的影响。我们提出电荷补偿行为，，其中是充当电荷补偿剂的一价阳离子如、、，可能对:荧光粉的发光增强有效。图3显示了没有电荷补偿器的所制备的掺杂的荧光体的PLE和PL光谱，以及具有不同电荷补偿剂如、、的荧光体样品。可以发现，与纯:荧光粉相比，离子发射的PL强度通过掺杂、、离子而大大增强，并且掺杂样品显示出极大增强的红橙色发射强度。在纯荧光体中，猜测应该是一个离子代替一个离子。如果是这样，将难以维持磷光体样品中的电荷平衡。因此，为了维持电荷平衡，离子可能不会被完全引入到位点，并且产生正电荷缺陷（），这会对发光有负面影响。然而，当碱金属离子（）占据位置时，它们将产生负电荷缺陷（），并且这可以有效地抵消由缺陷引起的发光效率下降的影响。如上所述，对于用作电荷补偿的不同碱金属离子、、，其中具有最大的离子半径，其类似于的离子半径，因此在晶格中它相对容易地用代替，这导致了最高的发光强度。因此，我们选择掺杂样品荧光粉进行了下面的详细发光研究。

图4显示了所制备的荧光体的漫反射率PLE（）和PL（）。众所周知，稀土离子的特征是部分填充的壳层，其被和电子屏蔽，使得的吸收光谱中的所有跃迁从基态开始到在图4中的UV-vis漫反射光谱中的各种激发态。观察到的以362、377、402、416、441、462和480nm为中心七个吸收带归属于、、、、、和能级。在402nm附近的最大吸收带对应于从基态到激发态。此外，图4中的PLE谱也是通过监测642nm处的发射来测量的。 从这个谱图中可以确定几个激发谱带，它们对应于344nm处的 -，362nm处的 -，375 nm处的 - ，402nm处的 -和416nm处的 -，441nm处的 -以及480nm处 -。因此，PLE结果与观察到的UV-vis漫反射光谱一致。 也如图4所示，它显示了荧光体的PL光谱。 当的能级（402nm）被激发时，通过所谓的非辐射松弛（NR）过程，初始群体最终松弛至能级。 在和之间，有几个能级的能量差异较小，这促使它们的高效NR导致态，以便我们可以观察到对应于至（J=5/2, 7/2, 9/2）发射的以561,598和642 nm为中心的三个明显的发射峰。荧光体发射肉眼可见的强烈红橙色光，并且计算出的CIE值被确定为x = 0.55，y = 0.43。为了清楚地找出相应的发射线，图5给出了一个简化的能级方案，它表明观测到的激发和发射跃迁。 对于在402 nm激发，离子从基态被激发到激发态以及随后的非辐射衰变和辐射衰变产生记录的斯托克斯发射，并且它们对应于至（J=5/2, 7/2, 9/2）转变。为了进一步比较各种Sm 31浓度下荧光粉的发光差异，图6给出了荧光粉对于各种浓度在近紫外激发下402nm处的发光光谱。 如图6所示，我们可以观察到每个样品对应于至（J=5/2, 7/2, 9/2）跃迁的三个明显的发射峰，其中心在561,598和642 nm处。至跃迁是一个磁偶极子（MD）允许的，另一个至跃迁是电偶极子（ED）允许的。通常，ED与MD跃迁的强度比可用于测量三价4f离子的局部环境的对称性。ED跃迁的强度越大，不对称性越强。在本工作中，离子的至跃迁比至更强烈，说明了BaMoO 4的不对称性占主导。此外，发射强度从x=0.01增加到x=0.08，并且在x=0.08（荧光体）的组成下获得最强的发射; 然后，随着x值的进一步增加，它急剧下降。图6的插图显示了对于具有不同x的荧光体在642nm处的发射强度的浓度依赖性。可以清楚地观察到发射强度的变化，看起来就像是抛物线的一部分。发射强度的降低表明在晶格中不同位置之间发生能量迁移，导致浓缩淬灭。发生了从一个离子到另一个离子的非辐射能量转移。从一个离子到另一个离子的非辐射能量转移通常可以通过交换相互作用，辐射重吸收或多极多极相互作用。根据Blasse的报告，如果活化剂仅在Z离子位置上引入，则N是晶胞中Z离子的数量，V是晶胞的体积，是临界浓度，则每平均存在一个活化剂离子。临界转移距离（）近似等于具有该体积的球体半径的两倍，并且计算如下：

根据和荧光体的晶格参数和的最大强度，通过使用上述值得到的值约为。因此，目前情况下的能量转移只能通过电动多极相互作用发生。 我们目前工作的一个重要结果是我们进一步研究了荧光粉中的通量浓度依赖性发光性质，其中浓度是固定的并且研究了浓度的函数-荧光强度。如图7所示，它给出（y=0.04、0.08、0.12、0.16、0.20、0.24）荧光粉的PL光谱（），并且插图 显示了不同y的荧光体在642nm处的发射强度的浓度依赖性。发现荧光粉具有与三个主要发射峰相似的光谱特征，而具有最高的发射强度，这表明50％mol过量的除了充当电荷补偿器之外，还可以充当通量。因此，为了增强荧光发射强度，需要相对于电荷补偿器的过量的。为了获得关于主体中离子的发光性质的附加信息，荧光体对应于至（J=5/2, 7/2, 9/2）的561,598和642nm的Sm 31发射的衰减曲线 在402nm激发下的发射谱线已经被测量并且在图8中给出。如图8所示，，和能级的衰减曲线发射可以很好地拟合成一个双重指数函数：

其中和是时间t和0处的发光强度，和是常数，t是时间，和分别是指数分量的衰减时间。 此外，平均衰减寿命（t）可以如下计算：

荧光体的402nm激发下的至（J=5/2, 7/2, 9/2）发射线分别对应如下，在561nm处的至跃迁，寿命分别对应于，；在598nm处的至跃迁，寿命分别对应于，；在642nm处的至跃迁，寿命分别对应于，。因此，在402nm激发时的4至（J=5/2, 7/2, 9/2）跃迁的平均寿命可分别确定为0.37,0.43和0.57ms。在目前情况下，测量寿命的变化与相应的至（J=5/2, 7/2, 9/2）跃迁的发光强度具有相同的趋势。这表明能级的较长的寿命值将导致高能量转移效率，然后它将在642 nm处产生高发射强度。

  1. 总结

总之，通过高温固态法合成了新的红橙色发光荧光粉。通过研究已经发现，由于有效的电荷补偿行为，掺杂离子的荧光体与纯样品相比显示出极大增强的红橙色发射。对和浓度依赖性发射光谱的研究表明，磷光体显示出最强的红橙色发射，并且三个发射峰集中在561,598和642nm，在402nm的紫外激发下，可以明显观察到相对应的的至（J=5/2, 7/2, 9/2）发射谱线。上面得到的结果表明，这种荧光体有望成为固态照明应用中用于白光LED的光转换荧光体。

A novel red phosphor

摘要：是通过在大气中的高温固态反应合成的。荧光粉可以被紫外和蓝光有效地激发，并且发射光谱由在568,606和660nm处的三个发射峰组成。通过增加掺杂量，荧光粉的发光强度在0.02 mol 时达到最大值，之后发生浓度猝灭。通过在荧光粉中引入补偿电荷，可以增强其发射强度。国际照明委员会（CIE）的荧光体色度坐标分别为（x = 0.623，y = 0.361）。结果表明，，可能是可以应用于白光发射二极管的有应用前景的红色荧光粉。

  1. 简介：

基于InGaN的白色发光二极管（LED）由于其有价值的应用引起了很多关注，例如用白色光源取代传统的白炽灯和荧光灯，背光源，医疗和建筑照明等。然而，通过将蓝色LED芯片与黄色发光荧光体组合在一起的商业荧光体转换白色LED在红色区域具有不太令人满意的显色性。 为了解决这个问题，引入了红色补偿荧光粉或其他方法。此外，白光可以通过结合含有三色荧光体的紫外或近紫外（n-UV）（350-420nm）LED芯片来达到。白光LED的策略有以下优点：白光是由荧光体产生的即对UV芯片颜色变化的高耐受性和优异的显色指数。然而，红色磷光体的效率仅为蓝色荧光体或绿色荧光体的约1/8。最近，合成了掺杂的或红色荧光粉，并证明其具有高稳定性和高量子效率。然而，其合成的苛刻条件，如高温（约1600）和高压力（约10Mpa）限制了它们的应用。因此，迫切需要开发一些新的红色或红橙色荧光粉，可以与n-UV（）LED或蓝色LED（）联系。由于其烧结温度较低，发光效率和稳定性都很高，磷酸盐是占据发光材料的主导地位。目前越来越多的关注集中在基于磷酸盐主体的发光材料的开发上。而且，除此之外一些磷光体的发光性能可以通过共掺杂的碱金属来改善。因此，本文采用空气中的固态反应合成了红色荧光粉，共掺杂碱金属，对其发光性能进行研究。这些结果将有利于白光LED的红色荧光粉的发展。

  1. 实验过程：

基于不同配位数的阳离子的有效离子半径，我们

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