几种磷灰石结构荧光粉的制备及其成分-结构-发光性能关系研究

几种磷灰石结构荧光粉的制备及其成分—结构—发光性能关系研究作为下一代光源,白光LED具有优异的性能,吸引了广泛关注。得到白光LED的典型方式是将蓝光芯片和Y3Al5O12:Ce³⁺荧光粉结合。然而,这种方式得到的白光LED猝灭温度高和显色指数低,这是由于发射光谱中缺乏绿光和红光。紫外芯片与三基色荧光粉（红、蓝、绿色荧光粉）组合得到白光LED的方法可以解决上述问题。因此,开发新型单色荧光粉和单相多色荧光粉非常重要。众所周知,能量传递和结构调控是得到单相多色荧光粉的两个主要方法。通过掺入各种外来离子,磷灰石结构化合物可提供丰富的晶体场环境,可成为发光材料的优良基质晶体。本文采用高温固相法合成了若干种新型磷灰石结构荧光粉,研究了阳离子类质同像替代、络阴离子类质同像替代、阳离子和络阴离子协同类质同像替代对几种磷灰石结构和发光性能的影响。此外研究了Eu²⁺/Tb³⁺及Ce³⁺/Tb³⁺的能量传递。成果如下:1.合成了Sr₁₀（PO₄）6O:Eu²⁺荧光粉,该荧光粉发射蓝光,发射峰位于439nm附近,具有较好的热稳定性,Eu²⁺在Sr₁₀（PO₄）6O基质中占据两种非等效格位Sr²⁺的位置。研究了络阴离子替代对结构和发光性能的影响,发现随着[SO₄]2-和[SiO₄]4-对[PO₄]3-替代量的增加,Eu²⁺与周围配位O2-的平均键长减小,Eu²⁺所处晶体场增强,Eu²⁺的4f65d1能级分裂和质心偏移增大,导致Eu²⁺的4f65d1→4f7能级跃迁能量降低,并最终造成Sr9.97（PO₄）6-2x（SiO₄）x（SO₄）xO:0.03Eu²⁺（x=0,1.5,3）荧光粉的发射峰红移（439nm→539nm）。2.合成了La_5.99Ce_0.01M₄（SiO₄）6F2（M=Ca,Sr,Ba）荧光粉,该荧光粉发射蓝光,且具有宽带发射。研究了阳离子类质同像替代对结构和发光性能的影响,发现随着Ca→Sr→Ba类质同像替代,Ce³⁺与周围阴离子的键长增大,Ce³⁺所处晶体场减弱,Ce³⁺的5d能级分裂和质心偏移减小,Ce³⁺的5d→2F5/2和5d→2F7/2能级跃迁能量增大,造成La_5.99Ce_0.01M₄（SiO₄）6F2（M=Ca,Sr,Ba）发射峰蓝移,从423nm移动到410nm处。3.合成了La_5.90-xBa_4+x（SiO₄）6-x（PO₄）xF2:0.10Ce³⁺荧光粉,该荧光粉发射蓝光,具有较好的热稳定性。研究了络阴离子、阳离子协同类质同像替代对结构和发光性能的影响,发现随着Ba²⁺和[PO₄]3-对La²⁺和[SiO₄]4-的类质同像取代,Ce³⁺与周围离子的键长增加,Ce³⁺所处晶体场减弱,Ce³⁺的5d晶体场分裂及质心偏移减小,Ce³⁺的5d→2F5/2和5d→2F7/2能级跃迁能量增大,造成荧光粉的发射峰蓝移,从414nm移动到407nm处。4.合成了Ba₁₀（PO₄）6O:Eu²⁺,Tb³⁺/Li+荧光粉,发现Eu²⁺和Tb³⁺在Ba₁₀（PO₄）6O基质中存在能量传递,能量传递机制可能是四极-四极相互作用。改变Eu²⁺和Tb³⁺的相对掺杂量,Ba₁₀（PO₄）6O:Eu²⁺,Tb³⁺/Li+荧光粉的发光颜色可从蓝光调至绿光。采用制备的绿色荧光粉Ba9.83（PO₄）6O:0.03Eu²⁺,0.07Tb³⁺,0.07Li+和商用红色荧光粉CaAlSiN3:Eu²⁺与370LED芯片封装成了一个白光器件,该器件具有较好的显色指数和较低的色温。合成了Lu5（SiO₄）3N:Ce³⁺,Tb³⁺荧光粉,Ce³⁺在Lu5（SiO₄）3N基质中存在两个发光中心。Ce³⁺和Tb³⁺在Lu5（SiO₄）3N基质中存在能量传递,能量传递机