鑭系離子摻雜β-Li2TiO3熒光粉的水熱合成及發(fā)光性能.pdf

1、鑭系離子摻雜鈦酸鹽體系三基色熒光粉，因具有較寬的激發(fā)譜帶，在近紫外光和藍(lán)光激發(fā)下可實(shí)現(xiàn)顯色性能優(yōu)異的白光發(fā)射，成為白光熒光粉的研究熱點(diǎn)。具有超胞結(jié)構(gòu)的β-Li2TiO3晶體結(jié)構(gòu)中的3種Li+，兼居對(duì)稱和不對(duì)稱格點(diǎn)位置。合理控制合成工藝，選擇合適鑭系離子，使其取代不同格點(diǎn)位置的Li+，能有效調(diào)控鑭系離子不同能級(jí)間的電子躍遷，使得β-Li2TiO3體系熒光粉發(fā)射出性能優(yōu)異的可見(jiàn)光。
　　論文選擇易于合成粒徑小、粒徑分布均勻、易于摻雜離

2、子進(jìn)入晶格格點(diǎn)且能改善潛在應(yīng)用中涂覆性能的水熱法，通過(guò)優(yōu)化合成過(guò)程中的若干工藝參數(shù)，分別合成了Eu3+、Sm3+、Tm3+、Ce4+單摻以及Eu3+、Dy3+、Tb3+協(xié)同共摻的5種β-Li2TiO3體系熒光粉。研究了熒光粉的發(fā)光性能，確定了發(fā)光機(jī)理，探討了發(fā)光性能與超胞結(jié)構(gòu)的關(guān)系。論文對(duì)于β-Li2TiO3體系熒光粉的進(jìn)一步深入研究及發(fā)掘可商用的顯色性能優(yōu)異的該體系熒光粉具有重要的參考價(jià)值。
　　論文首先通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)β-L

3、i2TiO3基質(zhì)的水熱合成工藝進(jìn)行了優(yōu)化。明確各水熱工藝因素對(duì)β-Li2TiO3基質(zhì)超胞發(fā)育、晶粒尺寸等性能影響的顯著性順序?yàn)椋核疅釙r(shí)間＞Li+的摩爾濃度＞水熱溫度＞填充比。確定β-Li2TiO3基質(zhì)前驅(qū)體的水熱合成工藝為：水熱時(shí)間為2 h，Li+的摩爾濃度為0.5 mol/L，水熱溫度為120℃，填充比為70％。所得β-Li2TiO3基質(zhì)的I(002)/I(133)值為1.17，平均晶粒尺寸為37 nm。
　　通過(guò)控制合理工藝，

4、合成了高色純度的β-Li2TiO3:Eu3+紅光熒光粉。結(jié)合 Raman光譜和熒光光譜的結(jié)果，明確了 Eu3+主要取代β-Li2TiO3超胞中Li1位置的Li+，即多數(shù)居于不對(duì)稱格點(diǎn)位置。在394 nm近紫外光激發(fā)下，主要依靠Eu3+的5D0→7F2能級(jí)的電偶極躍遷，發(fā)射出波長(zhǎng)為618 nm的紅光。調(diào)控后期煅燒時(shí)間及Eu3+摻雜濃度，可顯著改善熒光粉發(fā)光性能。600℃下煅燒36 h所得β-Li2TiO3:0.5 mol%Eu3+熒光粉的

5、發(fā)光性能較佳，色坐標(biāo)可達(dá)（x=0.63，y=0.37），色溫為4667 K，顯色指數(shù)為82，色純度可達(dá)99.7%，譜線強(qiáng)度參數(shù)Ω2為8.01?10-20 cm2，Ω4為0.62?10-20 cm2，熒光分支比?2為82.9%，量子效率?可達(dá)91%。
　　與β-Li2TiO3: Eu3+熒光粉相反的是，合成的低色溫的β-Li2TiO3: Sm3+熒光粉中的Sm3+主要取代Li3位置的Li+而處于對(duì)稱格點(diǎn)位置。在394 nm近紫外光激

6、發(fā)下，依靠Sm3+的4D5/2→6H7/2能級(jí)的電子躍遷，熒光粉發(fā)射出波長(zhǎng)為594 nm和618 nm的紅橙光。后期煅燒時(shí)間及Sm3+摻雜濃度也可有效改善熒光粉發(fā)光性能。600℃下煅燒36 h所得β-Li2TiO3:0.25 mol%Sm3+熒光粉的發(fā)光性能良好，色坐標(biāo)可達(dá)（x=0.57，y=0.41），色溫為1876 K，顯色指數(shù)為73，色純度可達(dá)94.7%。
　　而β-Li2TiO3: Tm3+熒光粉中的Tm3+近似等量取代了

7、Li1和Li3位置的Li+，在230 nm紫外光激發(fā)下，依靠Tm3+的1G4→3H6能級(jí)的電子躍遷，熒光粉發(fā)射出單色性能優(yōu)異的波長(zhǎng)為470 nm的藍(lán)光。600℃下煅燒24 h所得β-Li2TiO3:0.5 mol%Tm3+熒光粉的發(fā)光性能較佳，色坐標(biāo)可達(dá)（x=0.15，y=0.10），色溫為10571 K，顯色指數(shù)為71，色純度可達(dá)90.3%。
　　合成的β-Li2TiO3:Ce4+熒光粉可發(fā)射高顯色指數(shù)的白光。在359 nm紫外

8、光激發(fā)下，依靠Ce3+離子的d- f電子組態(tài)躍遷和Ce4+-O2-鍵的電荷轉(zhuǎn)移吸收，β-Li2TiO3:Ce4+熒光粉發(fā)射出波長(zhǎng)為465 nm、563 nm、575 nm和620 nm的可見(jiàn)光。調(diào)控煅燒時(shí)間和Ce4+摻雜濃度，可改善其顯色性能，使其接近標(biāo)準(zhǔn)白光點(diǎn)（x=0.33，y=0.33）。600℃下煅燒36 h所得β-Li2TiO3:4 mol%Ce4+熒光粉的白光性能較佳，其色坐標(biāo)可達(dá)（x=0.32，y=0.33），色溫為4775

9、 K，顯色指數(shù)可達(dá)86。
　　合成的Eu3+、Dy3+、Tb3+協(xié)同共摻的β-Li2TiO3體系熒光粉，在394 nm的近紫外光激發(fā)下，在438~618 nm可見(jiàn)光范圍內(nèi)，熒光粉發(fā)射白光。協(xié)同摻雜的Eu3+、Dy3+、Tb3+之間存在能量傳遞，合理的能量傳遞路徑為Eu3+→Dy3+→ Tb3+。通過(guò)調(diào)控3種鑭系離子的摻雜濃度，發(fā)現(xiàn)Eu3+、Dy3+、Tb3+摻雜濃度分別為0.5 mol%、0.25 mol%、1 mol%時(shí)，所得熒