稀土摻雜發(fā)光玻璃陶瓷制備與光學性能研究.pdf

1、本文概述了白光LED用熒光轉(zhuǎn)換材料，包括近紫外LED芯片激發(fā)紅、綠、藍燈用三基色熒光粉以及白色熒光轉(zhuǎn)換體的研究現(xiàn)狀，評述了白光LED用于固體照明現(xiàn)存在的問題，提出新型稀土摻雜氟氧化物熒光玻璃陶瓷用作紫外/近紫外LED激發(fā)三基色熒光粉以及白色熒光轉(zhuǎn)換體替代材料的研究思路。
　　 以此為目標，我們采用熔融－淬火－熱處理析晶方法制備了一系列稀土摻雜含堿土、稀土氟化物納米晶的玻璃陶瓷，采用差熱分析(DTA)、X射線衍射(XRD)、高分辨

2、透射電鏡(HRTEM)、光致發(fā)光譜(PL)、熒光壽命(Decay)以及量子產(chǎn)率(Quantumyield)等檢測分析手段對玻璃陶瓷的結(jié)構(gòu)、形貌、稀土離子在納米晶體中的固溶度進行分析，在此基礎(chǔ)上研究了析晶熱處理、晶粒尺寸對稀土離子熒光強度、熒光壽命、發(fā)光效率及能量傳遞效率的影響，取得一系列重要結(jié)論和創(chuàng)新性成果，為實現(xiàn)氟氧化物玻璃陶瓷中稀土離子高亮度、高效率熒光輸出奠定基礎(chǔ)。
　　 制備了Eu2+激活藍色熒光玻璃陶瓷。在含有CaF2

3、、SrF2、BaF2納米晶氟氧化物玻璃陶瓷中，Eu2+的有效激發(fā)波長位于360～400 nm，可以被近紫外LED芯片有效激發(fā)。在含有SrF2納米晶玻璃陶瓷中，Eu2+的藍色發(fā)光強度增強20倍，是實現(xiàn)Eu2+激活藍光熒光玻璃陶瓷的最佳基質(zhì)。在該玻璃陶瓷中，Eu2+濃度為2.0 mol％時發(fā)生濃度猝滅，猝滅機制為電四極矩--電四極矩作用。
　　 分別在含有MgF2和SrF2納米晶玻璃陶瓷中得到Eu2+-Mn2+共摻紅色熒光玻璃陶瓷和

4、Eu2+-Tb3+共摻藍綠色熒光玻璃陶瓷。通過Eu2+的敏化作用，Mn2+、Tb3+的有效激發(fā)波長被調(diào)整至360～400 nm近紫外波長區(qū)域，使單一波長激發(fā)實現(xiàn)白光成為可能。Eu2+→Mn2+、Eu2+→Tb3+能量傳遞分別為電偶極矩--電四極矩，電偶極矩--電偶極矩作用，傳能效率達到70％和47％。由于Eu2+-Mn2+、Eu2+-Tb3+之間高效傳能，使得Mn2+、Tb3+發(fā)光強度均大大增強，有望用作近紫外LED激發(fā)紅色熒光材料和藍

5、綠色熒光材料。
　　 以50SiO2-20Al2O3-20SrF2-10NaF為基質(zhì)制備了Ce3+-Tb3+共摻綠色熒光玻璃陶瓷。由于Ce3+→Tb3+有效的能量傳遞，實現(xiàn)了330 nm左右紫外光激發(fā)下Tb3+5D4→7F6、5D4→7F5、5D4→7F4、5D4→7F3躍遷發(fā)光。玻璃陶瓷中Ce3+、Tb3+固溶進入SrF2晶體中，導(dǎo)致SrF2晶格常數(shù)隨稀土離子濃度增加逐漸收縮，Ce3+→Tb3+傳能效率提高。
　　 以

6、45SiO2-20Al2O3-35LaF3為基質(zhì)制備了Ce3+-Dy3+共摻白色熒光玻璃陶瓷。調(diào)節(jié)玻璃中Ce3+濃度，實現(xiàn)CIE色度從藍光向白光轉(zhuǎn)變，在3.0 mol％Dy3+和9.0mol％Ce3+共摻玻璃中得到幾乎理論白光，色坐標為(0.336，0.337)。LaF3納米晶析出有效地提高了Ce3+、Dy3+發(fā)光強度；并且隨著熱處理溫度升高引起Ce3+→Dy3+傳能距離縮短，傳能效率增加，導(dǎo)致Dy3+比Ce3+的相對發(fā)光強度增加。通過

7、調(diào)節(jié)Ce3+、Dy3+的摻雜濃度以及熱處理溫度可調(diào)節(jié)發(fā)光顏色，實現(xiàn)白光輸出，故Ce3+-Dy3+共摻氟氧化物玻璃陶瓷有望用作白光LED熒光轉(zhuǎn)換體。
　　 為了提高c-Si太陽能電池轉(zhuǎn)換效率，本文提出稀土摻雜玻璃陶瓷用于近紅外下轉(zhuǎn)換量子剪裁。研究了50SiO2-10Al2O3-20SrF2-20ZnF2-2YbF3-0.5LnF3(Ln=Pr，Nd，Eu Tb，Tm)玻璃和玻璃陶瓷中Ln3+-Yb3+離子對之間下轉(zhuǎn)換量子剪裁現(xiàn)象。

8、熒光光譜分析結(jié)合稀土離子能級結(jié)構(gòu)得出Tb3+、Tm3+、Pr3+、Nd3+、Eu3+與Yb3+之間可能存在下轉(zhuǎn)換量子剪裁，其中Nd3+對Yb3+的敏化效果較理想，980nm近紅外發(fā)光效率接近200％。玻璃陶瓷中Pr3+→Yb3+能量傳遞機制是以1G4為中間能級的兩步交叉弛豫傳能；隨著SrF2納米晶晶粒尺寸逐漸長大，Yb3+紅外發(fā)光強度逐漸提高。
　　 制備了Yb3+摻雜含有ZnO量子點的玻璃陶瓷，在玻璃陶瓷中得到來自間隙氧的橙紅