浓度依赖的发光性质:红色荧光粉及其电荷补偿

文摘

老₂TiO₄:欧盟^{3 +}荧光粉使用米⁺李(M =⁺,Na⁺和K⁺)补偿器是由固态反应。粉末的粉末进行了x射线衍射(XRD)、光致发光光谱(PL)研究相组成,结构和发光性能。结果表明,李⁺离子是最好的补偿器。这个阶段是老₂TiO₄当掺杂浓度很小(%)。当达到15.0%,变成老的阶段₃“透明国际”₃O₇因为结构的损伤。磷能有效地兴奋紫外线(365、395 nm)和蓝色(465海里),和thenitemitted强烈的红光,达到约620海里(⁵D₀→⁷F₂)。此外,700海里的排放(⁵D₀→⁷F₄)提高了红灯颜色纯度。样品的CIE色度坐标之间的高红色发光(0.650,0.344)和(0.635,0.352)。掺杂的钛酸锶₂TiO₄:欧盟^{3 +}是一种很有前途的候选人为白色LED红色磷光,可以适合近紫外线LED芯片和蓝色LED芯片。

1。介绍

白色发光二极管(led)被认为是下一代照明设备。他们有很多优势,如节能、环境友好,体积小(1- - - - - -3]。磷转化所有的技术方法是一种主要的方法来实现白光由于其容易成就,效率高,成本低。

蓝筹股和黄色荧光粉的结合已经开发和商业化,但缺乏红色发射使显色指数(CRI)低4]。其他三色白色发光二极管组成的红、绿、蓝(RGB)荧光粉兴奋与紫外芯片发射400海里也有挑战。商业红色荧光粉的发光强度要弱于绿色和蓝色荧光粉。优秀颜色呈现指数,这两种方法都需要高效的红色荧光粉,应该激发和发射波长匹配的蓝色发光二极管(= 440 - 470 nm)或紫外线发光二极管(= 350 - 410 nm)。因此,红色荧光粉的发展与高亮度和满意的化学稳定性是一个关键技术实现暖白光led。

因此,一种红色的磷钙钛矿结构吸引了太多的关注(5- - - - - -7]。钙钛矿结构MTiO₃:公关^{3 +}(M = Ca、Sr和Ba)荧光粉发出强烈的红光在610 nm紫外线兴奋时8,9]。大大提高了其强度增加电荷补偿剂等^{3 +},李⁺和钠⁺(10- - - - - -12]。优化的激发波长的比率₃:欧盟^{3 +}400海里,适合近紫外(N-UV)发出红光LED芯片和618海里(13,14]。然而,强度不是很高,更高效的红色荧光粉需要实现一个可接受的白色led的效率。层状钙钛矿化合物层之间有较长的距离,所以他们有更大的掺杂浓度。因此,层状钙钛矿化合物是好主机对荧光粉材料。老₂TiO₄是一个典型的层状钙钛矿化合物。根据这些,三价铕ion-activated Sr₂TiO₄磷光是由固态反应,研究了其发光性能是否它有潜力成为一个红色磷光N-UV或蓝光LED芯片。

2。实验

2.1。样品制备

所有粉末样品通过固态反应合成技术。高纯度SrCO₃,TiO₂(分析纯)和欧盟₂O₃(> 99.99%)在酒精彻底混合球磨,然后晒干。适当数量的李₂有限公司₃,Na₂有限公司₃,或者K₂有限公司₃(分析纯)添加补偿器。在1100°C的合成进行了2 h在空气气氛下管电炉。(Sr系列_1−2x欧盟_x米_x)₂TiO₄李(M =⁺,Na⁺K⁺;x(摩尔%)= 5.0,10.0,15.0,20.0,25.0)粉末准备。SrCO₃和欧盟₂O₃来自化学试剂国药控股有限公司,土地₂有限公司₃,Na₂有限公司₃K₂有限公司₃和TiO₂来自上海Lingfeng化学试剂有限公司。

2.2。描述

合成粉体的晶相是由x射线衍射(XRD、D / Max2500 Rigaku,日本)使用铜Kα辐射(的范围)- - - - - -步长为0.02°。荧光粉的光致发光光谱测量用荧光分光光度计(fl3 - 221、HOROBA Jobin Yvon,法国)在室温下。

3所示。结果与讨论

3.1。电荷补偿器的选择

欧盟^{3 +}离子预计将取代老^{2 +}离子。很难保持电荷平衡晶格。因此,欧盟^{3 +}离子可能不是完全引入Sr^{2 +}网站为了保持电荷平衡。欧盟^{3 +}可能存在于欧盟₂O₃状态,它会导致排放强度的降低。通过添加电荷补偿器可以解决这个问题。李⁺,Na⁺和K⁺离子总是选择作为荧光粉的电荷补偿器(15,16]。因为李的半径⁺,Na⁺和K⁺很小,很容易进入晶格,他们都是+ 1价电荷补偿方便。因此,李⁺,Na⁺和K⁺添加相同的分子量欧盟^{3 +}作为电荷补偿器来改善Sr的发光强度₂TiO₄:欧盟^{3 +}。

图1显示了(Sr的激发和发射光谱_0.8欧盟_0.1米_0.1)₂TiO₄磷具有不同的电荷补偿器。PL的形状和位置是相似的,比如所有样品的光谱。激发和发射强度增强后明显增加电荷补偿器。添加电荷补偿器之前,欧盟^{3 +}不能替代老^{2 +}网站完全为了保持化学中性Sr₂TiO₄:欧盟^{3 +}磷。一些欧盟^{3 +}不能作为激活离子和杂质阶段可以阻断之间的能量传递矩阵和激活离子和抑制Sr吗₂TiO₄在烧结过程中谷物生长(17]。添加电荷补偿器后,欧盟^{3 +}离子能够被完全引入Sr^{2 +}网站,电荷补偿器和空缺可以替代老^{2 +}网站“这SrO”和欧盟₂O₃可能与TiO反应₂在很大程度上。此外,李₂有限公司₃,Na₂有限公司₃和K₂有限公司₃可以作为通量代理商促进发光材料多晶体的形成。相比之下,Na⁺和K⁺李添加时,强度大大增强⁺电荷补偿器。这些现象被分配到李的离子半径的事实⁺(0.92)到老之一^{2 +}(1.31)是最小的,Na之一⁺(1.24)第二,K之一⁺(1.55)是最大的,它的发展变形等级不同,对发光性能的影响和晶体结构(18]。因此,李⁺选为费用补偿器在接下来的实验。

3.2。XRD(老_1−2x欧盟_x李_x)₂TiO₄(x(摩尔%)= 0.0,5.0,10.0,15.0,20.0)粉末

图2显示了XRD的欧盟模式^{3 +}离子掺杂老₂TiO₄荧光粉不同的李⁺浓度作为电荷补偿器。首先,当掺杂浓度很小(),所有的山峰都被老₂TiO₄没有任何杂质。后达到10.0%,出现了一些老₃“透明国际”₂O₇山峰,但老₂TiO₄是主要的阶段。当,老₃“透明国际”₂O₇把主要的阶段,因为老的结构₂TiO₄与欧盟的增加受损^{3 +}和李⁺。直到来到20.0%,相组成由Sr₃“透明国际”₂O₇和一些杂质,因为老的内容^{2 +}太少,李的半径吗⁺太小,支持整个结构。掺杂后的欧盟^{3 +},山峰转移到高2θ值相对,这表明欧盟^{3 +}占领了Sr的网站吗^{2 +},因为欧盟的半径^{3 +}1.12 (CN = 9),小的比老的^{2 +}(1.31,CN = 9)。当欧盟^{3 +}占领了Sr^{2 +},晶格收缩,使衍射峰将转向高衍射角相比纯Sr₂TiO₄和老₃“透明国际”₂O₇(19]。

3.3。发光的性质(Sr_1−x欧盟_x李_x)₂TiO₄(x(摩尔%)= 5.0,10.0,15.0,20.0)荧光粉

图3(一个)礼物(Sr的激发光谱_1−x欧盟_x李_x)₂TiO₄在不同的欧盟^{3 +}浓度(= 615海里)。宽的激发光谱由励磁乐队从325年到425海里和一些清晰线峰值的特征转换的欧盟^{3 +}。宽带是一个电荷转移乐队(施),是由几个转变。图3 (b)显示了中国的高斯峰拟合的结果(Sr的光谱_0.7欧盟_0.15李_0.15)₂TiO₄。峰1(350海里)的O→Ti归因于阶段Sr₃“透明国际”₂O₇峰2(380海里)的O→Ti归因于阶段Sr₂TiO₄,峰3(362海里)是归因于O→欧盟。deconvoluted曲线之和(红色虚线)几乎是装有观察线(黑色实线)。另一种激烈的395年、465年和弱415海里激发峰从地面满足相关intra-4f过渡⁷F₀来⁵l₆,⁵D₂,⁵D₃,分别。形状和位置都是相似的,除了吸收强度随欧盟的增加^{3 +}浓度。我们感兴趣的是,所有的强度比intra-4f转换在欧盟低^{3 +}浓度(),它主要执行宽带吸收矩阵。然后施强度随欧盟的增加而减小^{3 +}掺杂浓度。然而,不断增加,直至清晰线光谱特征,它执行395和465海里强烈的线性激励的山峰。随着欧盟的增加^{3 +}和李⁺从老,相组成变化₂TiO₄到老₃“透明国际”₂O₇一些杂质,杂质对发光强度不好。然而,施莱强度和intra-4f转换都是高当欧盟^{3 +}掺杂钛酸分层,有理由相信Sr₂TiO₄:欧盟^{3 +}甚至老₃“透明国际”₂O₇:欧盟^{3 +}承诺为白色led红色荧光粉。

数据4(一),4 (b),4 (c)的发射光谱(Sr_1−x欧盟_x李_x)₂TiO₄兴奋到365年,395年和465海里。发射光谱的形状和位置是相似的,他们都发出强烈的主导620海里(⁵D₀→⁷F₂)红灯和疲软的578海里(⁵D₀→⁷F₁)、700 nm (⁵D₀→⁷F₄)光。⁵D₀→⁷F₂和⁵D₀→⁷F₄电偶极子转换的欧盟吗^{3 +},这是欧盟对当地环境非常敏感^{3 +},取决于晶体场的对称性。正如我们所知,当欧盟禁止转换^{3 +}占据了中心对称的网站。老的结构₂TiO₄正方K₂NiF₄“类型和钙钛矿层交错与SrO”层。在老₂TiO₄老,所有离子占据钙钛矿层(9-oxygen-ion-coordinated站点之间的位置(对称)20.]。因此,它表明欧盟^{3 +}已经占领了Sr noncentersymmetrical网站^{2 +}。与往常一样发光的欧盟^{3 +}(594年,615海里)(21),欧盟的发光^{3 +}层状钙钛矿有红移中执行更好的红光颜色纯度和更高的发光强度。此外,700海里的排放在某种程度上提高红光颜色纯度,。这些更有利于使它成为白色led红光补偿材料。

排放强度被发现增加欧盟的增加^{3 +}浓度10.0 mol % (海里)。而兴奋的在395和465海里,最好的掺杂浓度为15.0 mol %。因为,当阶段是Sr₂TiO₄和集团在紫外光区有很强的吸收(22),它有最强的发光强度兴奋时365海里。然而,当阶段是Sr₃“透明国际”₂O₇。老的晶系₃“透明国际”₂O₇是正方,双钙钛矿层与地面读数交错层。在老₃“透明国际”₂O₇老,一些离子占据钙钛矿层(9-oxygen-ion-coordinated网站之间的位置对称),另一个老离子占据钙钛矿的中心层(12-oxygen-ion-coordinated网站(对称)20.]。尽管在Sr 12-oxygen-ion-coordinated网站₃“透明国际”₂O₇9-oxygen-ion-coordinated网站,绝大多数;因此,它强烈的红光的欧盟排放特征^{3 +}这是敏感周围的晶体场的对称性。通常,欧盟^{3 +}在正常磷掺杂浓度小于5.0%。然而,欧盟的掺杂浓度^{3 +}是老甚至超过10.0%₂TiO₄和老₃“透明国际”₂O₇主机。主要原因是层状钙钛矿在钙钛矿地面读数层交错层,这使得更大的层之间的空间,使他们有更大的掺杂浓度导致发光强度就越高。总之,荧光粉层状钛酸盐是一个良好的矩阵,和欧盟^{3 +}掺杂钛酸分层是一个很好的红色磷光的白色发光二极管可以适合近紫外线LED芯片和蓝色LED芯片。

样品,分别发出最强烈的红光兴奋在365,395和465 nm选择来计算他们的CIE色度坐标。相应的CIE色度坐标使用符号””来表示他们的位置如图5,他们之间的变化(0.650,0.344)和(0.635,0.352),这是由于变化的相对强度主要620 nm和700 nm。他们都是接近“理想红”的坐标是(0.67,0.33)23]。此外,他们的CIE色度坐标相当接近CIE的边缘图,表明这种荧光粉显示更好的颜色纯度固态照明。

3.4。扫描电镜(老_1−x欧盟_x李_x)₂TiO₄(x(摩尔%)= 5.0,10.0,15.0,20.0)磷粉

众所周知,结晶度和表面形态的荧光粉发光性质有着重要的影响。图6显示(Sr的SEM形貌_1−x欧盟_x李_x)₂TiO₄与不同的欧盟^{3 +}浓度。粒子与增加欧盟的扩大^{3 +}和李⁺浓度,提出了不规则多边形。粒子的大小约为1μ米的时候并保持在5μ米的时候达到10.0%,15.0%和20.0%,磷与粒度的要求。它已经建立⁺有利于结晶相的形成,主要是因为李的功能吗₂有限公司₃通量(24]。然而,欧盟的特殊掺杂浓度活跃^{3 +}粒度(也有一些影响25]。

4所示。结论

在本文中,老₂TiO₄:欧盟^{3 +},米⁺李(M =⁺,Na⁺和K⁺通过固态)荧光粉合成反应。米⁺作为电荷补偿器导致排放强度的增加,和李⁺被确认是最好的补偿器。宽的激发光谱由励磁乐队和一些清晰线峰值的特征转换的欧盟^{3 +}当欧盟^{3 +}掺杂浓度很低(),老阶段₂TiO₄,兴奋强度施(365海里)比intra-4f转换。后达到15.0%,结构受损和阶段成为Sr₃“透明国际”₂O₇。强度兴奋施成为欧盟的弱和特征发射峰^{3 +}更强的兴奋时395和465海里。因为老₂TiO₄在紫外光区有很强的吸收,而老吗₃“透明国际”₂O₇有两层,有更多noncentersymmetrical老吗^{2 +}网站来代替。这些荧光粉表现出强烈的620 nm (⁵D₀→⁷F₂)红灯和疲软的578海里(⁵D₀→⁷F₁)、700 nm (⁵D₀→⁷F₄)光。CIE色度坐标的三个样品发出最强烈的红光变化之间(0.650,0.344)和(0.635,0.352),接近“理想红”的坐标是(0.67,0.33)。磷的粒度符合要求。掺杂的钛酸锶₂TiO₄:欧盟^{3 +}是一种很有前途的候选人为白色LED红色磷光,可以适合近紫外线LED芯片和蓝色LED芯片。

确认

作者要感谢慷慨的财政支持中国的国防基础研究(6134502),优先级的学术程序开发江苏高等教育机构(PAPD),研究和创新项目为江苏省高校毕业生(CXZZ12_0410)和中国国家自然科学基金(51202111)。

引用

1. 你们美国,f·肖,y . x, y y,和张问:y,“phosphor-converted白色发光二极管荧光粉:最新进展在原材料、技术和属性,“材料科学与工程,卷71,不。1,猴,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. p . Waltereit o·布兰德,a Trampert et al .,“Nirtride半导体自由高效静电场的白色发光二极管,”自然,卷406,不。6798年,第868 - 865页,2000年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. b . w . D 'Andrade和s r·福勒斯特,“白色有机发光装置对固态照明,”先进材料,16卷,不。18日,第1595 - 1585页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. z l . Wang y l . Zhang l .熊x f . Li j . m .郭和m . l .龚”的潜在red-emitting磷高色纯度近紫外线发光二极管,”当前应用物理,12卷,不。4、1084 - 1087年,2012页。视图:谷歌学术搜索
5. p . Psuja d Hreniak, w . Strek“稀土掺杂纳米晶体场致发射显示器上所用的荧光粉,”《纳米材料ID 81350条,卷。2007年,7页,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 诉Sivakumar和美国诉Varadaraju合成、相变及光致发光研究欧盟^{3 +}取代双perovskites-a小说橙红色磷对固态照明,”固态化学杂志》上,卷181,不。12日,第3351 - 3344页,2008年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. t . c .小泽k .福田k . Akatsuka y Ebina, t·佐佐木,“欧盟的制备和表征^{3 +}掺杂钙钛矿nanosheet磷:洛杉矶_0.90欧盟_0.05注₂O₇”,化学材料,19卷,不。26日,第6580 - 6575页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. Sano r·藤原h . m .清水,m . Kuwabara”定量分析公关的紫外线激发带红色的排放^{3 +}再版比率₃,SrTiO₃和BaTiO₃荧光粉的峰值拟合。”发光学报,卷129,不。3、231 - 237年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. 美国Okamoto h .山本,“发光性能的praseodymium-doped碱土钛,”发光学报卷,102 - 103,586 - 589年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. f . r . Chen歌,d . Chen和y .彭”,提高比率的发光性质₃:公关通过修改后的固态反应”,粉技术,卷194,不。3、252 - 255年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. p·t·迪亚洛p . Boutinaud r . Mahiou和j·c . Cousseins“红色发光在公关^{3 +}再版钙钛”,自然史的地位,相当于当时一个,卷160,不。1,第263 - 255页,1997。视图:谷歌学术搜索
12. n Suriyamurthy和b . s . Panigrahi”调查稀土掺杂发光的比率₃:公关^{3 +}磷、”《稀土,28卷,不。4、488 - 492年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. j .傅问:张、李y和h . Wang”制备及光致发光特性的新承诺红NUV磷比率₃:欧盟^{3 +}”,杂志的合金和化合物,卷485,不。1 - 2、418 - 421年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. j .傅问:张、李y和h . Wang”高度发光红光磷比率₃:欧盟^{3 +}在近紫外激发下,“发光学报,卷130,不。2、231 - 235年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
15. y . h . Liu, h . Wang j .赵·黄和徐,”R的发光性质⁺掺杂老₂TiO₄:欧盟^{3 +}(${\text{R}}^{+}={\text{李}}^{+}$,Na⁺和K⁺白色led) red-emitting荧光粉,”发光学报,卷131,不。11日,第2426 - 2422页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. l . s .赵j . Liu z . c .吴和s . p .旷”优化的光致发光的Sr₂TiO₄:欧盟^{3 +}red-emitting磷通过电荷补偿。”Spectrochimica学报一卷,87年,第231 - 228页,2012年。视图:谷歌学术搜索
17. h . j . Liu丽安,和c·史”,提高光学光致发光CaMoO磷的电荷补偿系统₄:欧盟^{3 +}”,光学材料卷,29号12日,第1594 - 1591页,2007年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
18. y . j . Chen f·b·曹y . w .田l . j .肖和l·k·李,“优化由电荷补偿在小说磷系统中,光致发光”自然史B,卷405,不。1,第438 - 435页,2010。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
19. c .江l .方m .沈f .郑,吴x。”欧盟取代位置和浓度对发光的影响,介质,和SrTiO的磁性₃陶瓷。”应用物理快报,卷94,不。7篇文章ID 071110 2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
20. y Inaguma、d . Nagasawa和t .清水正孝”praseodymium-doped的光致发光${\text{老}}_{\text{n}+1}{\text{天奴}}_{3\text{n}+1}$($n=1,2,\infty$),“日本应用物理杂志》上,44卷,第764 - 761页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
21. t·安·Benalloul c . Barthou l . t .江n . Vu l .明,“发光、能量传递和Y的上转换机制₂O₃纳米材料掺杂与欧盟^{3 +}、结核病^{3 +},Tm^{3 +},呃^{3 +},Yb^{3 +}离子。”《纳米材料文章ID 48247卷,2007年,10页,2007。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
22. g . Blasse和a .成Bril”欧盟的荧光^{3 +}激活钠镧系元素钛(${\text{NaLn}}_{1-\; -\; -\; -\; -\; -\text{x}}$ ${\text{欧盟}}_{\text{x}}$TiO₄),“《物理化学》杂志上,48卷,不。8,3652 - 3656年,1968页。视图:谷歌学术搜索
23. p . j . l . Zhang y Li Liu汉,和张问:“准备均匀并下令double-perovskite Sr₂CaMoO₆:欧盟^{3 +}荧光粉及其发光特性。”南京理工大学学报,34卷,不。5,30-37,2012页。视图:谷歌学术搜索
24. h·k·杨,j·w·钟,b . k .月亮et al。”Li-doped比率的合成和增强的发光性能₃:公关^{3 +}陶瓷荧光粉。”固体科学,13卷,不。7,1420 - 1423年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. l·林和严,“稀土钛陶瓷Na₂拉₂“透明国际”₃O₁₀:公关^{3 +}和再保险₂“透明国际”₂O₇:公关^{3 +}($\text{R}=\text{Gd}$,Y):溶胶-凝胶法合成、表征和发光”,材料科学杂志,22卷,不。6,672 - 678年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索

版权

版权©2012周陆等。这是一个开放的访问分布在条知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。