稀土(Eu2+,Ce3+)摻雜硅磷酸鍶Sr5(PO4)2(SiO4)發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土發(fā)光材料以其優(yōu)異的發(fā)光性能已廣泛應(yīng)用于信息顯示、醫(yī)療、照明光源、高能粒子探測(cè)和記錄、光電子通信、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域。Eu2+、Ce3+在晶體中受到晶場(chǎng)的作用,在外界光的激發(fā)下發(fā)生的是5d→4f的特征的寬發(fā)射躍遷。因此,基質(zhì)對(duì)發(fā)光光譜的影響很大,不同基質(zhì)中發(fā)射光譜位置變化很大,發(fā)光波段可以從紫外到紅外區(qū)；而且還有熒光壽命短、溫度對(duì)發(fā)射光譜影響較大的特征。以磷灰石[Ca5(PO4)3X](X=F-,Cl-OH-)結(jié)構(gòu)為基質(zhì)的發(fā)光材料由于具

2、有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,結(jié)構(gòu)之中的Ca離子可以被其它堿土金屬、過(guò)渡金屬、稀土元素等取代,PO4也可以被SiO4部分取代,因此具有多種變種的結(jié)構(gòu)形式,不同的變種結(jié)構(gòu)具有不同的發(fā)光行為,因此以磷灰石結(jié)構(gòu)為基質(zhì)的材料已經(jīng)發(fā)展成為一類重要的光致發(fā)光材料。
　　 本文選擇Sr5(PO4)2SiO4作為基質(zhì)材料,用高溫固相法制備了Eu2+、Ce3+摻雜的Sr5(PO4)2SiO4熒光粉,并且通過(guò)用Ca2+、Ba2+取代Sr2+來(lái)研究陽(yáng)

3、離子的置換對(duì)熒光粉的結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。通過(guò)高溫固相法合成了Ce3+摻雜的Sr5(PO4)2SiO4系列熒光粉。通過(guò)RXD分析可知,一定范圍的Ce3+摻雜并沒(méi)有對(duì)結(jié)構(gòu)造成影響,晶體結(jié)構(gòu)保持空間群為P63/m的磷灰石結(jié)構(gòu)。其激發(fā)光譜有一個(gè)很寬的吸收240-400nm,這與近紫外半導(dǎo)體芯片的發(fā)射光譜很匹配。發(fā)光光譜顯示特征的雙峰結(jié)構(gòu):410hm和438nm。分別對(duì)應(yīng)于分別對(duì)應(yīng)于5d1→2F5/2和5d1→2F7/2躍遷發(fā)射,當(dāng)摻雜濃度為3

4、％時(shí)發(fā)光最強(qiáng)。通過(guò)發(fā)光衰減曲線計(jì)算發(fā)光的壽命。色度坐標(biāo)的計(jì)算結(jié)果顯示,Ce3+摻雜Sr5(PO4)2SiO4系列熒光粉發(fā)藍(lán)光,而且摻雜濃度對(duì)色度的變化影響很小。通過(guò)高溫固相法合成了Eu2+摻雜的系列熒光粉Sr5-5xEu5x(PO4)2SiO4(x=0.005,0.05,0.07,0.1,0.13,0.15)。物相分析結(jié)果顯示,當(dāng)Eu2+摻雜濃度超過(guò)10mol％(x=0.1)時(shí),出現(xiàn)了雜相Sr2P2O7。當(dāng)Eu2+摻雜濃度在0.005和

5、0.1之間時(shí),發(fā)光光譜是400nm到700nm的寬發(fā)光峰,這是由于Eu2+離子的4f65d1→4f7(8S7/2)躍遷引起的。激發(fā)光譜顯示在300nm到450nm之間有很強(qiáng)的吸收,可以同時(shí)被UV-LED和藍(lán)光LED芯片同時(shí)激發(fā)。色度坐標(biāo)圖的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)摻雜濃度從0.005升高到0.1,發(fā)光顏色從黃綠色(0.387,0.577)變化到深黃色(0.471,0.512)；Sr5.5xEu5x(PO4)2SiO4(x=0.13)和Sr5-5xE

6、u5x(PO4)2SiO4(x=0.15)發(fā)出的分別是白光(0.289,0.291)和藍(lán)光(0.212,0.204)。此外,還研究了溫度對(duì)發(fā)光的影響,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)陽(yáng)離子發(fā)光位置間存在能量傳遞。制備了Eu2+摻雜的系列熒光粉Sr4.75-5xCa5xEu0.25(PO4)2SiO4(x=0.01,0.05,0.1,0.15,0.30,0.50,0.75,1),研究了Ca2+取代Sr2+離子對(duì)熒光粉的結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能的影響。隨著濃度的增加,熒光粉

7、的結(jié)構(gòu)從原來(lái)P63/m的[Sr5(PO4)2SiO4]變化為Pnma(62)[Ca5(PO4)2SiO4],發(fā)光顏色從黃光變?yōu)樗{(lán)綠光,后又變?yōu)辄S光。當(dāng)0.50

8、r4.75-5xCa5xEu0.25(PO4)2SiO4(x=0.15)的發(fā)光強(qiáng)度下降為86％。通過(guò)高溫固相法合成了Ba2+部分取代Sr2+離子的系列熒光粉Sr4.75-5yBa5yEu0.25(PO4)2SiO4(y=0.01,0.05,0.1,0.15,0.30,0.50)。在Ba2+摻雜的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),基質(zhì)的結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化,只表現(xiàn)出晶格參數(shù)的減小。當(dāng)摻雜濃度從0.01變化到0.50,峰的位置從570nm移動(dòng)到504nm,顏色從黃色逐

9、漸變?yōu)榫G色。從250nm到450nm,有一個(gè)很強(qiáng)的吸收峰,隨著濃度從0.01升高到0.50,激發(fā)峰逐漸向短波段移動(dòng),從390nm變化到347nm。
　　 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)是：研究了Ce3+,Eu2+摻雜的具有磷灰石結(jié)構(gòu)的Sr5(PO4)2SiO4,結(jié)果表明,該熒光粉可以被近紫外光有效的激發(fā),與UV-LED芯片的發(fā)射波段很匹配,是潛在的新型白光LED用熒光粉。對(duì)于Eu2+摻雜的Ca2+和Ba2+對(duì)陽(yáng)離子Sr2+取代的研究表明,可以制