Tb、Eu、Ce掺杂天然钠长石荧光粉的发光特性及能量传递

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本文主要以天然钠长石矿物中掺入稀土离子制备荧光粉为研究对象,针对合成方法,晶体结构,物质成分,发光性能,荧光寿命,能级关系等方面做了详细的研究,得出结论如下:1.以天然矿物钠长石作为基质,利用高温固相法成功制备了Tb3+掺杂天然钠长石(NaAlSi3O8)的荧光粉。对天然钠长石进行了EDX分析,发现存在0.03wt%的Eu元素,元素分布映射分析表明矿物中的微量成分Eu分布聚集。对天然含Eu钠长石及铽掺杂含铕钠长石荧光粉做晶体结构和发光性能的详细讨论。样品的晶体结构分析研究表明,天然基质中的Na+被掺入的Tb3+部分替代。样品光致发光性质的研究表明,天然状态下的矿物中Eu不形成发光中心,但掺入稀土离子Tb3+后出现615nm处Eu3+强烈的特征峰并随着Tb3+浓度的增加,615nm处的峰出现递增趋势。发现随着Tb3+浓度的增加,Eu3+的寿命延长。故我们认为该矿物荧光粉中Tb3+对Eu3+存在能量传递。通过色坐标的计算分析,发现随着Tb3+浓度的增加样品发光色可在绿→红区域进行调节。该合成钠长石荧光粉NaAlSi3O8:Eu3+,Tb3+存在潜在应用价值。2.利用高温固相法在高真空炉内煅烧得到了Eu2+掺杂天然钠长石的一系列荧光粉。单掺Eu2+荧光粉的发射主峰位于411nm处,归属于4f65d1→4f7电偶极容许跃迁。根据发射光谱计算NaAlSi3O8:1%Eu2+的色纯度高达86.2%。在荧光粉NaAlSi3O8:1%Eu2+掺入Tb3+,新得到的荧光粉中,Tb3+,Eu3+和Eu2+共存,发射光谱分析表明,随着Tb3+离子浓度的升高,Eu2+的发射峰在红移而且强度逐渐减弱,Tb3+离子在545nm处的发射峰也在减弱,但是Eu3+在616nm处的发射峰在增强,荧光寿命结果显示,Tb3+离子浓度的升高,Tb3+和Eu2+寿命均在缩短,故我们认为在该体系中,存在Eu2+→Eu3+和Tb3+→Eu3+的能量传递。色坐标分析表明,荧光粉NaAlSi3O8:Eu2+,x%Tb3+通过改变Tb3+的浓度来实现颜色可调性。从蓝色区域移动到红色区域。3.利用高温固相法成功制备Tb3+,Ce3+单掺天然钠长石的荧光粉,对天然钠长石进行EDX分析,发现存在含量较高的杂质Ca和P。XRD结果显示这些杂质并不影响钠长石的晶体结构,掺入的稀土Tb3+,Ce3+也不影响钠长石的晶体结构。光谱分析结果表示,单掺Tb3+荧光粉发射主峰在545nm,最佳掺入浓度是7%。对于单掺Ce3+,发射主峰位于409nm,最佳掺入浓度是3%。对最佳浓度的荧光粉进行色坐标分析,计算得Tb3+,Ce3+单掺时,最佳浓度荧光粉的色坐标分别为(xs,ys)=(0.2866,0.5265)和(xs,ys)=(0.1568,0.231),色纯度为93.98%和97%。
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