稀土改性含鉬基質(zhì)LED用發(fā)光材料的研究.pdf

1、發(fā)光材料已被廣泛應(yīng)用于固體照明、顯示、生物成像等領(lǐng)域，并在這些領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。由于稀土元素摻雜的發(fā)光材料能夠大大的提高能源的利用率和發(fā)光器件的性能，因而在發(fā)光領(lǐng)域中具有非常重要的作用。
　　發(fā)光材料的性能不僅與所摻雜的稀土離子有關(guān)，還與材料的基質(zhì)有關(guān)。近年來，鉬酸鹽以其物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、聲子能量低且與近紫外芯片結(jié)合性好等優(yōu)點，成為最熱門的白光發(fā)光二極管(LED)用高效熒光粉基質(zhì)材料。鑒于鉬酸鹽穩(wěn)定的性質(zhì)和稀土離子優(yōu)異的發(fā)光

2、性能，本文采用高溫固相法合成了Eu3+、Sm3+、Tb3+、Dy3+單摻雜NaY(MoO4)2，Eu3+、Dy3+共摻雜NaY(MoO4)2和氧化石墨烯輔助高溫固相法合成的 Eu3+單摻雜的 NaY(MoO4)2的發(fā)光材料，探討了樣品的發(fā)光性質(zhì)、濃度猝滅機制、能量傳遞機制、色坐標(biāo)、壽命和熱釋性。
　　(1)采用高溫固相法制備了一系列新型 NaY(1-x)(MoO4)2:xRe3+(Re=Eu、Sm、Tb、Dy)發(fā)光材料。通過X射線

3、衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)和熒光光譜儀對其晶型結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及發(fā)光性能進行了表征。結(jié)果表明，樣品為四方晶系的白鎢礦結(jié)構(gòu)，Eu3+、Sm3+、Tb3+、Dy3+摻雜的樣品顆粒尺寸分別在5~10、0.4~0.85、1~1.5、0.2~0.9μm之間。樣品分別能夠在466、406、487、405 nm激發(fā)下發(fā)出紅光、橙光、綠光、黃光。樣品的壽命依次為0.39、0.26、0.30、0.47 ms，能夠有效避免熒光閃爍。濃度猝滅研究發(fā)

4、現(xiàn)，Eu3+摻雜樣品的濃度猝滅現(xiàn)象不明顯，而Sm3+、Tb3+、Dy3+摻雜的樣品均表現(xiàn)出明顯的濃度猝滅，這主要是由于離子間的相互作用以及交叉弛豫現(xiàn)象產(chǎn)生的。樣品的熱釋性分析表明，不同稀土離子摻雜的樣品均發(fā)生了溫度猝滅現(xiàn)象，這主要是由于電子的無輻射躍遷產(chǎn)生的。
　　(2)采用高溫固相法制備了一系列 NaY(0.92-x)(MoO4)2:0.08Dy3+, xEu3+發(fā)光材料。XRD和SEM分析表明，樣品主要為四方晶系的白鎢礦結(jié)構(gòu)且

5、其晶型結(jié)構(gòu)與Eu3+摻雜濃度關(guān)系不大，其形貌為300~800 nm的類雙錐結(jié)構(gòu)。熒光光譜分析表明，樣品在不同激發(fā)波長下能夠得到不同顏色的發(fā)射光，當(dāng)激發(fā)波長為389 nm時，能夠得到Dy3+和Eu3+的最強發(fā)射，峰值位于573 nm(4F9/2→6H13/2)和615 nm(5D0→7F2)。隨著Eu3+摻雜濃度的增加，Dy3+的發(fā)射強度逐漸降低，Eu3+的發(fā)射強度逐漸增加，這歸因于Dy3+和Eu3+之間發(fā)生了能量傳遞。當(dāng)Eu3+摻雜濃度

6、為0.12時，能量轉(zhuǎn)移率達到最大接近50％，Dy3+和Eu3+之間的能量傳遞機制屬于偶極-偶極相互作用，臨界距離為13.5709A。此外，熒光強度衰減曲線分析表明，Dy3+和Eu3+的壽命隨著Eu3+濃度的增加逐漸減小，Dy3+的壽命由87.11μs減小至27.06μs，Eu3+的壽命由320.98μs減小至256.17μs。對比發(fā)現(xiàn)，Eu3+的壽命衰減較慢，證實了Dy3+與Eu3+之間的能量傳遞。同時，樣品色坐標(biāo)分析表明，可以通過改變

7、Dy3+和Eu3+的摻雜濃度及激發(fā)波長來獲得不同顏色的發(fā)射光。
　　(3)采用氧化石墨烯輔助高溫固相法制備了一系列新型 NaY(1-x)(MoO4)2:xEu3+發(fā)光材料。采用 XRD、SEM和熒光光譜儀分別對其晶型結(jié)構(gòu)、微觀形貌及發(fā)光性能進行了表征。結(jié)果表明，樣品為四方晶系的白鎢礦結(jié)構(gòu)。由于氧化石墨烯良好的模板作用，所得樣品具有尺寸均勻、晶型結(jié)構(gòu)好且均表現(xiàn)為完美的雙錐形近四面體結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸長約4μm，寬約2μm。發(fā)光性能研究表

8、明，樣品能夠被466 nm的藍光有效激發(fā)并發(fā)射出615 nm的紅光，屬于Eu3+的5D0→7F2電子躍遷，且無明顯濃度猝滅現(xiàn)象。色坐標(biāo)分析表明，樣品色坐標(biāo)隨著Eu3+摻雜濃度的增加向紅光區(qū)域移動；而相較于常規(guī)高溫固相法所制備樣品色坐標(biāo)向橙光區(qū)域移動。樣品的壽命為0.38~0.39 ms。樣品的熱釋性分析表明，隨著溫度的升高，電子發(fā)生無輻射躍遷導(dǎo)致樣品發(fā)射強度降低。
　　通過對以上不同發(fā)光材料分析表明，采用高溫固相法合成的 NaY(

9、1-x)(MoO4)2:xRe3+(Re=Eu、Sm、Tb、Dy)發(fā)光材料能夠表現(xiàn)出摻雜離子強烈的特征發(fā)射，同時壽命足夠短，在發(fā)光二極管(LED)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。采用高溫固相法制備的 NaY(0.92-x)(MoO4)2:0.08Dy3+, xEu3+發(fā)光材料能夠通過調(diào)節(jié)摻雜離子的比例及不同的激發(fā)波長獲得不同顏色的發(fā)射，在彩色顯示器及發(fā)光領(lǐng)域中具有一定的應(yīng)用價值。而采用氧化石墨烯輔助高溫固相法制備的 NaY(1-x)(MoO4)