陽離子摻雜對氟鍺酸鎂紅色熒光粉發(fā)光特性的影響研究.pdf

1、白光LED以其能量效率高、低能耗、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點，被稱為第四代固態(tài)照明光源。本文主要圍繞適合白光LED應(yīng)用的Mn4+激活的3.5MgO·0.5MgF2·GeO2氟鍺酸鎂紅色發(fā)光熒光粉展開，研究引入不同陽離子或共激活劑對材料的晶格結(jié)構(gòu)、微粒形態(tài)、熒光性能及熱猝滅特性的影響。主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)采用高溫固相法合成了3.5MgO·0.5MgF2·(1-2x)GeO2·xAl2O3∶0.01Mn4+(0≤ x≤0.15

2、 mol)紅色熒光粉材料。熒光粉樣品的紅光發(fā)射來自于Mn4+的2E→4A2輻射躍遷。樣品激發(fā)帶由位于峰值為330和410nm的兩個寬譜帶組成，分別對應(yīng)Mn4+的4A2→4T1和4A2→4T2激發(fā)躍遷。隨著Al2O3摻雜濃度增加，屬于Mn4+的4A2→4T1的激發(fā)帶出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。根據(jù)晶體場理論和3d3組態(tài)離子Tanabe-Sugano八面體配位場能級圖分析認(rèn)為，Al3+的引入導(dǎo)致晶格扭曲和形變，使得Mn4+-O2-鍵長減小，引起Mn4+周

3、圍晶體場強(qiáng)度增強(qiáng)。變溫發(fā)射光譜和Arrhenius公式擬合計算得到Al2O3摻雜濃度為0，0.05，0.1和0.15mol時熒光粉樣品的激活能分別為0.23，0.30，0.41和0.33 eV。
　　(2)采用高溫固相法制備了不同濃度SiO2摻雜下3.5MgO·0.5MgF2·(1-x)GeO2·xSiO2∶0.01Mn4+(0≤x≤0.2 mol)紅色發(fā)光熒光粉。通過發(fā)射光譜和熒光衰減曲線分析表明，當(dāng)SiO2的摻雜濃度為0.1

4、mol時，樣品的發(fā)射強(qiáng)度達(dá)到最大，熒光壽命最長。分析認(rèn)為，Si4+的引入導(dǎo)致Mn4+-O2-組成的八面體對稱性降低，引起自旋-宇稱禁戒的躍遷2E→4A2變松弛，使處于激發(fā)態(tài)2E能級中的電子通過輻射發(fā)光回到基態(tài)的電子數(shù)增多，無輻射躍遷幾率降低。通過變溫發(fā)射光譜和熒光衰減曲線，研究了SiO2摻雜濃度分別為0和0.1 mol條件下的3.5MgO·0.5MgF2·GeO2∶0.01 Mn4+熒光粉樣品的2E→4A2躍遷過程中的熱猝滅過程。溫度升

5、高，2E→4A2躍遷過程中的斯托克斯振動帶發(fā)光強(qiáng)度降低，反斯托克斯振動帶發(fā)光強(qiáng)度升高，分析認(rèn)為處于激發(fā)態(tài)2E能級中斯托克斯振動能級上的電子，通過多聲子輔助吸收過程躍遷到該能級的反斯托克斯振動能級上導(dǎo)致的。溫度繼續(xù)升高后，反斯托克斯振動帶發(fā)光強(qiáng)度降低，分析認(rèn)為晶格熱振動加劇，無輻射躍遷幾率增長迅速引起的。通過具有不同價態(tài)、電負(fù)性、離子半徑的Si4+和Al3+摻雜對3.5MgO·0.5MgF2·GeO2∶0.01 Mn4+的晶體結(jié)構(gòu)、發(fā)光性

6、能和熱猝滅性能的影響對比，可知Al2O3摻雜下的熒光粉樣品最大聲子能量密度最小，對應(yīng)的熱猝滅特性的激活能最大。并且推測Mn4+周圍晶體場強(qiáng)度的變化受到基質(zhì)陽離子的價態(tài)和電負(fù)性的變化影響較大，自旋-宇稱禁戒的2E→4A2輻射躍遷受基質(zhì)陽離子的離子半徑變化影響較大。
　　(3)采用高溫固相法合成了不同稀土離子Eu3+，Tb3+和Tm3+摻雜下的3.5MgO·0.5MgF2·GeO2∶0.01Mn4+紅色發(fā)光熒光粉樣品。結(jié)合發(fā)射光譜和熒