稀土离子掺杂的NaGd(WO4)2荧光粉的制备及其发光性能研究

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稀土钨酸盐材料因其独特的结构、优异的化学稳定性、高的紫外吸收效率和自激活发光特性,被广泛应用于光致发光领域。由于材料的化学和物理性质与其组成、结构、形状、尺寸和维度密切相关,近年来,合成形貌规整、粒度均匀、分散性良好的钨酸盐发光材料成为研究热点。通过形貌控制合成,可以获得具有优异发光性能的稀土钨酸盐荧光粉。本论文采用温和的水热法,合成了系列稀土掺杂的NaGd(WO42发光材料。通过X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜及荧光分光光度计等手段对样品进行分析和表征。探究了不同合成条件、稀土离子掺杂浓度、敏化剂等对荧光粉物相结构、形貌尺寸以及发光性能的影响,并讨论了特征产物的形貌形成机理和能量传递机理。主要研究内容及结果如下:(1)在不添加任何表面活性剂和模板的情况下,采用温和的水热法制备了一系列形貌可调的NaGd(WO42:Eu3+荧光粉。研究发现,初始溶液的pH值对产物的相纯度、结构、形貌和发光性能有显著的影响。基于时间依赖实验提出了四方盘结构的可能形成机制。此外,详细研究了初始pH值、反应时间和Eu3+浓度对NaGd(WO42:Eu3+荧光粉发光性能的影响。当pH=8,反应时间为20 h时合成的四方盘状微晶在近紫外(NUV)激发下显示出较强的红光发射。当Eu3+浓度高达0.6时仍未发生浓度猝灭。强的红光发射和高的红光色纯度表明NaGd(WO42:Eu3+红色荧光粉在NUV激发的WLED领域具有很好的应用前景。(2)采用水热法制备了白光LED用NaGd0.95-x(WO42:0.05Eu3+,xBi3+(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)和NaGd0.95-y(WO42:0.05Eu3+,ySm3+(y=0,0.01,0.02,0.03,0.04)系列红色荧光粉。结果表明:少量离子掺杂对NaGd(WO42的晶体结构影响较小,样品均为四方晶系、白钨矿结构的纯相;颗粒形貌呈四方盘状,且粒度均匀,分散性良好,Bi3+或Sm3+的引入使颗粒尺寸由原来的4μm分别增加至5μm和6μm。该系列荧光粉均可被近紫外光(394nm)有效激发,其最强发射峰位于614 nm处,归属于Eu3+5D07F2电偶极跃迁。掺杂适量的Bi3+或Sm3+可有效提高NaGd0.95(WO42:0.05Eu3+荧光粉的发光强度和红光色纯度,其中Sm3+的引入对其影响更为明显。(3)采用温和的水热法制备了一系列单相颜色可调的NaGd(WO42:Tm3+,Dy3+荧光粉。pH=8,反应20 h时所得四方盘样品为NaGd(WO42纯相,结晶度良好、形貌均一、发光强度高。在紫外光激发下,NaGd(WO42:Tm3+和NaGd(WO42:Dy3+分别呈现出Tm3+1D23F4跃迁)和Dy3+(4F9/26H13/2跃迁)的特征发射。通过结合Tm3+的蓝光发射和Dy3+的黄光发射可得到白光。在Tm3+、Dy3+共掺杂体系中,存在从Tm3+到Dy3+的能量传递,其主要机理为电偶极-电偶极相互作用。通过改变Dy3+离子浓度,NaGd(WO42:0.01Tm3+,xDy3+荧光粉的发光颜色可由蓝色调为白色,再到浅黄色。其中,NaGd(WO42:0.01Tm3+,0.04Dy3+荧光粉的色坐标(0.3279,0.3277)最接近标准白光(0.33,0.33)。
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