稀土氧化物掺杂ce

稀土氧化物掺杂ce

1与荧光光粉的转换成像剂光秃秃的绿色区域是一种新型的绿色能源来源。它以其高效、节能、环保等特点迅速进入汽车、个人通讯设备和照明领域，具有良好的市场前景。该技术的核心是由蓝光LED芯片涂覆Ce3+激活的钇铝石榴石(简称YAG∶Ce3+)黄色荧光粉。用高效InGaN/GaN基蓝色LED发出蓝光激发YAG∶Ce3+稀土荧光粉,YAG荧光粉被激发而发出黄光与剩余蓝光混合形成白光。YAG∶Ce3+荧光粉的发光性能还影响白光LED的色温和显色指数。白光LED的显色指数一般在60～80,与普通荧光灯接近。有研究表明可以通过改变荧光粉的涂覆量来控制LED的固有色,但是随着荧光粉涂层厚度的增加,蓝色发光峰会有所下降,荧光粉发出的黄光增加,发光向着低色温方向变化,偏向于冷白。缺乏红光成分造成显色指数低,不利于白光LED的照明用途。目前YAG∶Ce3+荧光粉转换的白光都偏向于冷白,要想使白光LED的色坐标接近x=0.33,y=0.33有两种途径:一是在不影响YAG∶Ce3+荧光粉的发光效率下,通过调整稀土离子的掺杂种类和数量将荧光粉的发射光谱移向长波方向;二是在荧光粉中加入适量的红色荧光粉,弥补红光成分不足的弱点,这方面的系统性的研究还比较少。Pr3+可以有红光发射,可用来增加荧光粉的红色发光成分。Y3-yCeyAl5O12荧光粉中y=0.06时,发光强度达到最大值,随后出现减弱趋势,为了提高白光LED的显色指数,本文利用高温固相反应法,制备Ce3+、Pr3+共掺杂的钇铝石榴石荧光粉并研究了其光谱特性。2实验2.1细胞分析Y2O3(99.999%),CeO2(99.999%),Al2O3(99.99%),Pr6O11(99.9%),BaF2(99%),C(99%),CH3CH2OH(99.7%)。所用仪器设备:BP190S电子天平,QM-SB行星式球磨机,GZX-9140WE型数显鼓风干燥箱,SSG2-8-10型高温坩埚电阻炉。2.2激活剂为y2o3,5.采用高温固相反应法合成了Ce3+,Pr3+共激活的YAG∶Ce3+,Pr3+荧光粉。在Y2.94-xPrxCe0.06Al5O12中,分别取Pr3+的掺杂量x为0.003,0.006,0.012,0.024并将Y2O3、Al2O3粉末与激活剂CeO2、Pr6O11粉末按化学剂量比准确称量,加入适量的助熔剂BaF2,充分研磨,然后在100℃烘箱中烘干,装入坩埚中并送入高温炉,在碳还原气氛下于1450℃高温焙烧9h,冷却后得黄色产物。产物的表征采用了日本理学RigakuD/max-2400型X射线衍射仪(CuKα,40kV,100mA)对产物进行物相结构分析,扫描范围15～80°;用日立F-4500荧光光谱仪测试产物激发光谱和发射光谱;用JSM-6700F型场发射扫描电子显微镜观察其微观形貌。3结果与讨论3.1激活剂晶体结构图1为不同镨含量的Y2.94-xPrxCe0.06Al5O12的XRD图谱。与标准的JCPDS卡片对比后发现,掺杂不同含量镨的产物都没有改变材料基质的结构,掺入激活剂前后晶体结构均为立方晶系的YAG结构,具有Oh(10)-Ia3d的空间群。这说明Pr3+及Ce3+的引入只是替代了基质中部分钇原子格位,没有杂相的产生。3.2化的荧光发射为了研究产物的光谱特性,分别测试了各组荧光粉Y2.94-xPrxCe0.06Al5O12的发射光谱和激发光谱,图2给出了产物的激发光谱,在530nm的监测波长下,YAG∶Ce3+,Pr3+的激发光谱为峰值位于340nm和460nm激发宽带,主峰位于460nm附近,与氮化镓的蓝光发射完全匹配,表明该荧光粉可以被InGaN/GaN基蓝光二极管有效激发。这是因为Ce3+的4f态有一个电子,并且在基态由于自旋耦合而劈裂为两个光谱支项2F7/2和2F5/2,如图3所示。图4为产物的发射光谱,用460nm蓝光做激发光源测得,从图中可以看出,和只有Ce3+掺杂的发射光谱相比,荧光粉的发射光谱有了两个主要的发射峰,第一个是Ce3+的特征发射峰,位于530nm附近,这是由于Ce3+的4f能级由于自旋耦合而劈裂为两个光谱支项2F7/2和2F5/2,其中2F5/2为基谱项,530nm附近的发射峰属于Ce3+的最低的5D→2F5/2跃迁,如图3所示。第二个发射峰位于610nm左右,属于Pr3+的特征发射峰,对应于Pr3+的1D2→3H4的跃迁,如图5所示。掺杂Pr3+后得到的产物的发射光谱中出现了一个新的发射峰,位于红光区域,所以这种荧光粉配合蓝光二极管制作而成的白光LED的显色指数可以得到提高。3.3离子表面改性Pr3+掺杂后,发射光谱相对于没有掺杂Pr3+时多了一个峰值位于610nm、属于Pr3+的特征发射峰。这可能是由于晶体结构的变化或者是离子间的能量转移,从图1中可以看出产物结构没有改变,而且没有杂相生成,说明造成这种现象的原因是由于Ce3+失去了部分能量,而Pr3+吸收了这部分能量。610nm发射峰的出现应该就是由于Pr3+吸收了从Ce3+转移而来的能量从而使其受激发发射。图5直观的表示出了Ce3+,Pr3+内部电子跃迁引起发光的过程。3.4掺杂量的影响从图4可看出,随着Pr3+掺量的增加其发射峰的强度也在变化,在Y2.94-xPrxCe0.06Al5O12中当x=0.012时发射峰强度达到最大,继续增加Pr3+的掺杂量,发射峰的强度出现减弱趋势,造成这种现象的原因可能是:(1)Pr3+的半径比Y3+的半径大(RPr3+=0.113nm,RY3+=0.102nm),当掺杂量过大时,Pr3+取代Y3+变得困难,没有参加反应的Pr3+以杂相存在,影响了发光强度;(2)浓度过高会引起浓度猝灭。一般认为,随掺杂离子浓度的增加,离子间的距离逐渐减小,当离子间距足够小(<1～2nm)时,能通过相互作用,发生浓度猝灭。通过XRD看到产物并没有杂相,所以应该属于第二种原因造成了发射峰的减弱。4荧光波长的增加通过试验合成了