材料科学综合

CaMoO4：Tb3+，Eu3+荧光粉的发光性质和从Tb3+到Eu3+的能量传递机制

熊健会，孟庆裕，孙文军

摘要：目的：白光LED作为一种新型高效节能的光源具有光源尺寸小、耗电量低、寿命长、亮度高等特点受到了广泛关注。传统实现白光LED的方案中，蓝光激发的YAG：Ce3+黄色荧光粉是一种已商业化的、且较为常用的荧光粉。但利用这种方案制成的LED因其红光成分偏低，色温偏高，影响了白光LED在显示和家用照明方面的应用。因此合成一种色彩还原性优于YAG：Ce3+黄色荧光粉的单基质荧光粉成为研究的方向。方法：Eu3+掺杂的钼酸盐材料在蓝光和近紫外光区有很强的 Eu3+4f-4f跃迁吸收，是一种很理想的红色荧光粉，而Tb3+是一种优秀的绿光发光中心，用沉淀法制了备Tb3+/Eu3+共掺杂的CaMoO4荧光粉，通过改变Tb3+/Eu3+的掺杂比例实现发光颜色的可控。用XRD（X射线衍射谱）和FE-SEM（场发射-扫描电镜）对样品的结构和形貌进行了表征；通过激发光谱，发射光谱和荧光衰减曲线表征了材料的光致发光性质，计算了不同Tb3+/Eu3+掺杂浓度样品发光的色坐标，研究了材料发光颜色与发光中心掺杂浓度的依赖关系，并详细的研究和分析了CaMoO4基质中Tb3+到 Eu3+的能量传递行为。结果：XRD测试结果表明所制备的样品为体心四方相的白钨矿结构，通过扫描电镜照片看出晶粒分布均匀，粒径小于1 μm。不同的Tb3+/Eu3+的掺杂浓度对CaMoO4基质材料的结构和形貌影响不大。对Tb3+掺杂的CaMoO4荧光粉的发射光谱进行分析，发现当Tb3+掺杂浓度为5%时，486 nm激发下样品中Tb3+的5D4→7F5的发光强度最强。制备了Tb3+的掺杂浓度为5%，Eu3+的掺杂浓度分别为0、0.3%、0.5%、1%、3%、5%、7%、10%的CaMoO4荧光粉材料。对不同Tb3+/Eu3+掺杂浓度材料发射光谱的研究表明，Tb3+，Eu3+共掺杂CaMoO4荧光粉材料中可以通过调节Tb3+和Eu3+的掺杂比例使得荧光粉发光颜色实现从绿色到红色连续转变，当Eu3+掺杂浓度为1%，Tb3+的掺杂浓度为5%时，样品的色坐标（0.466，0.524）与YAG：Ce（0.461，0.525）非常接近。对不同浓度的Tb3+，Eu3+共掺杂CaMoO4荧光粉的光致发光光谱和荧光衰减曲线的研究分析还表明，Tb3+的5D4能级到Eu3+的5D0能级存在着能量传递作用，计算了能量传递速率和能量传递效率，并判断出稀土离子Tb3+到Eu3+以及Tb3+到Sm3+的能量传递类型为电偶极—电偶极相互作用。结论：Tb3+，Eu3+共掺杂CaMoO4荧光粉材料具有合成方法简单，物理、化学性质稳定，发光性质优异的特点，可以被蓝光有效激发实现较强的红光和绿光发射，有可能与已商品化的蓝光LDE芯片相匹配制作白光LED系统。光致发光性质的研究表明Tb3+，Eu3+共掺杂CaMoO4荧光粉材料中可以通过调节 Tb3+和 Eu3+的掺杂比例使得荧光粉发光颜色实现从绿色到红色连续转变，当Eu3+掺杂浓度为1%，Tb3+的掺杂浓度为5%时，样品的色坐标与YAG：Ce非常接近，并且可以弥补 YAG：Ce黄色荧光粉红光成分偏低的缺点。

来源出版物：稀土学报（英文版）, 2016, 34(3): 251-258

入选年份：2016