稀土摻雜磷酸鉍發(fā)光材料的合成及發(fā)光性能研究.pdf

1、白光LED具有節(jié)能、環(huán)保、高效、壽命長等優(yōu)點，被視為新一代的綠色光源。目前主流的白光LED生成方式為藍光芯片加Y3Al15O12:Ce3+黃色熒光粉，該產品因缺少紅色成分而導致顯色指數(shù)偏低，因此新型紅色熒光粉的開發(fā)成為當前熱點。磷酸鹽具有良好的物理化學穩(wěn)定性，被廣泛應用于熒光粉基質材料，其中BiPO4因晶體結構與稀土磷酸鹽相似，Bi3+離子半徑與稀土離子相近等特點，被認為是一種重要的熒光粉基質材料。
　　本文采用水熱法合成了Bi1

2、-xPO4:xLn3+(Ln=Sm，Eu)熒光粉，通過X射線衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、熒光分光光度計等一系列測試手段對制備樣品進行表征。為了合成低溫單斜相Bi1-xPO4:xLn3+(Ln=Sm，Eu)熒光粉和提高其發(fā)光性能，研究了pH值、Ln3+離子摻雜量、反應物比例等實驗因素對熒光粉晶體結構、形貌、發(fā)光性能等方面的影響。主要結果如下:
　　(1)為了合成低溫單斜相Bi1-xPO4:xSm3+熒光粉，在不同

3、pH值條件下制備了一系列BiPO4和Bi1-xPO4:xSm3+，研究了pH值和Sm3+離子摻雜對BiPO4的結構、形貌和發(fā)光性能的影響。當pH=0.5-2.0時，合成的BiPO4皆為低溫單斜相八面體。當pH=1.0-1.5時，隨著Sm3+(x=0-0.15)離子摻雜量提高，BiPO4:Sm3+的晶體結構由低溫單斜相逐漸變?yōu)榱较?，當pH=0.5，x=0.15時，Bi1-xPO4:xSm3+熒光粉的晶體結構依然保持為低溫單斜相。實驗結果

4、表明:pH值和Sm3+離子摻雜都能誘導BiPO4的結構和形貌發(fā)生轉變，Sm3+離子摻雜誘導的結構轉變可通過調節(jié)pH值進行抑制。在pH=0.5時，Bi0.89PO4:0.11Sm3+熒光粉的發(fā)光性能最好。
　　(2)為了改善樣品的紅光性能，以Eu3+離子作為激活劑，對BiPO4進行摻雜。研究了pH值、摻雜量對Bi1-xPO4:xEu3+熒光粉形貌、結構及發(fā)光性能的影響。XRD和FE-SEM結果表明，在pH=0.5-1.5范圍內，合成

5、的Bi0.95PO4:0.05 Eu3+熒光粉為低溫單斜相八面體，當pH升至2.0時，樣品中開始出現(xiàn)低溫單斜相微米棒和六方相納米顆粒，當pH升至3.0時，樣品全部轉變?yōu)閳F聚的六方相納米顆粒。通過對比Bi0.89PO4:0.11Eu3+(0.6249，0.3747)和Bi0.89PO4:0.11Sm3+(0.5599，0.4368)兩種熒光粉的CIE坐標，我們選擇紅色性能更優(yōu)異的Eu3+離子作為進一步研究對象。
　　(3)為了提高B

6、i1-xPO4:xEu3+熒光粉的發(fā)光性能，我們采用多種表面活性劑和螯合劑輔助合成Bi1-xPO4:xEu3+熒光粉，從中篩選出能明顯增強樣品發(fā)光性能的表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)。研究了CTAB添加量、pH值和Eu3+離子摻雜量對Bi1-xPO4:xEu3+熒光粉形貌、結構及發(fā)光性能的影響。XRD和FE-SEM結果表明，隨著CTAB添加量的增多，樣品形貌由八面體逐漸變?yōu)椴灰?guī)則多面體，結構保持不變。當CTAB添加量為2mm

7、ol時，Bi0.87PO4:0.11Eu3+熒光粉發(fā)光性能最佳。
　　(4)為了改善Bi1-xPO4:xEu3+熒光粉的發(fā)光性能，利用水熱法控制合成了微米棒Bi1-xPO4:xEu3+熒光粉。研究了反應物比例PO43-/[Bi3++Eu3+]、pH值和Eu3+離子摻雜量對Bi1-xPO4:xEu3+熒光粉形貌、結構及發(fā)光性能的影響。當反應物比例小于1時，隨著NH4H2PO4添加量的減小，Bi1-xPO4:xEu3+熒光粉由低溫單斜

8、相八面體逐漸轉變?yōu)榱较鄨F聚納米顆粒。當反應物比例大于1時，隨著NH4H2PO4添加量的增多，Bi1-xPO4:xEu3+熒光粉由低溫單斜相八面體逐漸轉變?yōu)榈蜏貑涡毕辔⒚装?。初始情況下發(fā)光強度隨著NH4H2PO4添加量的增多逐漸變強，當PO43-/[Bi3++Eu3+]=3.0時發(fā)光強度達到峰值，繼續(xù)提高PO43-/[Bi3++Eu3+]比例至5.0，發(fā)光強度沒有明顯變化。實驗結果表明，反應物比例對樣品的結構、形貌和發(fā)光性能具有重大影響