Eu3+掺杂钛酸盐红色LED材料 材料学专业.docx

Eu"掺杂钛酸盐红色LED材料【摘要】：白色发光二极管被誉为第四代照明光源，由于它具有使用寿命长、节能环保、显色效果好以及污染较小的特点，是一种新型的固态照明光源，近年来备受科研人员的广泛关注。现阶段较为普遍制作白光LED的方法是蓝色LED芯片激发黄色荧光粉，但是这种方法缺少了一定的红色成分，使得其显色指数和色温等光学性能参数不太理想。因此，寻找能够与白光LED相匹配的红色荧光粉显得尤为重要。本次毕业设计通过高温固相法合成制作得到NaY1-JiO.:XElr荧光粉，同时本论文也详细探究了样品的发光性能。在615nm发射波长监控下，该发光材料的激发峰位置处于362nm383nm、396nm、409nm以及465nm处，其分别对应RTD八R5G2、7凡516、RT5口3和7r一5灰跃迁。该发光材料在受到396nm波长辐照时，掺杂不同浓度Eu”样品都有3个明显发射峰，其位置位于59Onn1、615nm和702nm处。通过XRD衍射仪测试掺杂入各种Ei?'浓度的发光材料的物相结构，发现掺入不同E屋浓度后没有改变基质的晶体结构。通过测量Eu*浓度与发光强度的关系，可知，当E心掺杂的量增加时，荧光材料的发光强度是先变强后变弱，掺入浓度为10%时样品的发光强度最大。经研究表明NaYTiOl:E系列发光材料与LED芯片匹配，其在白光LED中的应用很有研究价值。【关键词】：错离子，钛酸盐，高温固相法，发光材料Eu3+-dopedredtitanatematerialsforLEDAbstract：Whitelight-emittingdiodeisknownasthefourth-generationlightingsource.Becauseofitslongservicelife,energysavingandenvironmentalprotection,goodcolorrenderingeffectandlowpollution,itisanewtypeofsolid-statelightingsource,whichhasbeenwidelyusedbyresearchersinrecentyears.Atpresent,themethodformakingwhiteLEDsismorecommon.TheblueLEDchipexcitestheyellowphosphor,butthismethodlacksacertainredcomponent,whichmakestheopticalperformanceparameterssuchascolorrenderingindexandcolortemperaturelessthanideal.Therefore,itisparticularlyimportanttofindredphosphorsthatmatchthewhiteLEDs.ThegraduationdesignwassynthesizedbyhightemperaturesolidphasemethodtoobtainNaY-xTi4ixEu3+phosphor.Atthesametime,theluminescencepropertiesofthesamplewerealsostudiedindetail.Underthemonitoringoftheemissionwavelengthof615nm,theexcitationpeakpositionsoftheluminescentmaterialsareat362nm,383nm,396nm,409nmand465nm,whichcorrespondto7Fo5D4,7F05G2,7F05L6,7F05D3and7Fo5D2transition.Whenirradiatedby396nmwavelength,theluminescentmaterialhasthreedistinctemissionpeakswithdifferentconcentrationsofEu3+,anditspositionsarelocatedat590nm,615nmand702nm.ThephasestructureoftheluminescentmaterialsdopedwithvariousEu3+concentrationswastestedbyXRDdiffractometry,anditwasfoundthatthecrystalstructureofthematrixwasnotchangedaftertheconcentrationofdifferentEu3+wasincorporated.BymeasuringtherelationshipbetweenEu3+concentrationandluminescenceintensity,itcanbeseenthatwhentheamountofEu3+dopingincreases,theluminescenceintensityofthefluorescentmaterialbecomesstrongerfirstandthenbecomesweaker,andtheluminescenceintensityofthesampleisthelargestwhentheconcentrationis10%.TheresearchshowsthattheNaYTiO4：Eu*seriesofluminescentmaterialsarematchedwithLEDchips,anditsapplicationinwhiteLEDsisofgreatresearchvalue.Keywords：Eu3+,titanate,hightemperaturesolidphasemethod,luminescentmaterials目录L绪论11.1 课题背景11.2 白色发光二极管(WLED)概述11.2.1 白光LED实现方式11.2.2 白光LED存在的问题21.3 发光材料概述21.3.1 发光材料的原理及分类31.3.2 发光材料的特性31.4 发光材料的合成41.5 Eu"的光谱特征61.6 钛酸盐基质荧光粉研究进展62 .试验方案72.1 实验原材料72.2 实验仪器及设备72.3 实验内容及配料计算82.4 实验样品的制备过程92.5 样品的表征9251样品的物相分析9252样品的荧光光谱分析102.5.1 样品的透射光谱分析102.5.2 样品的色度坐标和色温分析103 .结果与分析113.1 NaYTiO4：Eu”荧光材料的物相分析113.2 NaYTiO4：Eu"荧光材料的激发光谱123.3 NaYTiO4:Eu"荧光材料的发射光谱133.4 NaYTiO4:Eu”荧光材料的透射光谱143.5 NaYTiO4:Eu"荧光材料的发光性能与Eu3-的浓度关系153.6 NaYTiO4:Eu”荧光材料的色坐标16致谢错误味定义书签。参考文献18L绪论1.1 课题背景从远古刀耕火种时期到现代，人类都恐惧黑暗喜爱光明，从未放慢对照明方式的研究进程。从无意见证雷击木的燃烧到有意的钻木取火，再到蜡烛煤油灯的使用，光源的进程成为社会进步的缩影。1879年，白炽灯由美国爱迪生研制发明，使人类的有效生活时间大大延长，对推动了人类文明进程有积极的意义。时代在进步，环保和能源问题成为现阶段工业发展的主题，而白炽灯由于其使用寿命低，光效低等缺点，逐步退出了历史的舞台。之后又出现了低压钠灯、荧光灯、节能灯等各种灯具，它们各具优缺点。1962年，应运而出的半导体二极管由于其体积小，安全可靠，寿命长，环保节能等特点而逐步走进了千家万户，开启了照明的新时代。在能源与环保的时代主题下，LED的发展受到多方面的关注。在21世纪初，我国规划了未来LED发展的蓝图，LED产业化进程飞速发展。与此同时，LED用荧光材料也加大了研究投入，专项LED发光材料的发展进入了崭新阶段。而未来的主流灯具必将是光效高，寿命长，体积小，节能环保等多重优势的LED灯。1.2 白色发光二极管(WLED)概述白色发光二极管一般是由LED芯片和涂敷在上的荧光粉组成的。白光LED具有体积小，耗电低，节能环保，不易老化，显色性好，色温可调节等优点，相比传统光源具有很大的改进，可运用于现实生活中多种领域，白光LED像曾经白炽灯一样，引发了照明技术的革命，因此也被称为第四代照明光源。1.2.1 白光LED实现方式目前，利用LED技术实现白光的方法主要有三种(1)三基色LED芯片直接混色法：直接将发射红、绿、蓝波长的三基色芯片组合封装在一起，按照适当的比例进行匹配，形成多芯片型白光LED。这种方法可以简单调节色温和显色性，但成本太高，电路复杂。(2)紫外转换法：以GaN基近紫外LED芯片为基础光源，用LED发出的紫外光(390400nm)激发荧光材料，通过荧光粉实现波长转换，发出红、绿、蓝三基色光混合成白光;这种方法紫外光本身不参与白光,颜色控制比蓝光更为简单，但荧光粉的效率会随激发光源的能量增大而减小。(3)蓝光LED激发黄色荧光粉法：利用波长为460470nm的GaN基蓝光LED芯片作为基础光源，在其外层涂敷一层黄色荧光粉(YAGrCe),其发出的蓝光一部分用来激发荧光粉，使荧光粉发出黄绿色光，另一部分透过荧光粉发射出来，黄绿色光与蓝光混合形成白光。这种方法是市场上较为主流的方法，其组合方式简单，成本较低，但显色性差，缺少一个红色组成成分。1.2.2 白光LED存在的问题目前，发光二极管的光谱并不完善。如蓝光激发型白色发光二极管，LED工作器件温度和使用时间的增加极大影响了芯片的发射波长，进一步影响了蓝光和黄光的叠加效果，导致色漂移。而要弥补显色方面的缺陷，可增加可以被蓝光、紫外、近紫外激发光源的高效红色荧光粉。并且近些年来所使用的近紫外LED用荧光粉与LED芯片并不能很好匹配，能匹配的荧光粉其化学性质也不足够稳定O1.3 发光材料概述发光材料是指能够以某种方式吸收能量，将其转换成光辐射(非平衡辐射)的物质。发光材料主要是由基质、激活剂所组成，此外可能还有助溶剂、敏化剂等。发光材料的基质主要有：氧化物及某些多元复合体系，如Y2O3、Gd203>YsAUO12等；含氧酸盐如硅酸盐、钛酸盐、鸨酸盐、硼酸盐等.激活剂是指在基质中掺杂的少量或微量具有一定光学活性的杂质，可以在很大程度上影响决定发光的颜色、强度和其他光学性能。激活剂离子也成为发光中心离子，它的电子跃迁是导致发光的主要因素。绝大部分激活剂离子都是金属，较为典型的是过渡金属、稀土金属，也有少数是重金属。敏化剂的作用是从外界吸收激发能量，再将激发能量传递给激活剂，产生荧光现象。发光材料的组成通式一般可表示为：（基质分子式：激活剂离子，敏化剂离子）。1.3.1 发光材料的原理及分类稀土发光材料的发光是基于他们的4f电子在f-f组态内或f-d组态间的跃迁。发光材料从外界吸收能量，并将吸收的能量转移给稀土离子，促使电子受到激发，从基态（稳定态）跃迁到激发态（非稳定态），然后发射出光子，从激发态回到基态，其发光过程是一个物理变化过程。稀土离子丰富的能级及特殊的电子层结构，使得稀土成为巨大的宝库，从中可以研究出许多新型的发光材料发光材料一般有三种形态：粉末、单晶以及薄膜。粉末无机材料是最早研窕应用的一类，日常生活中的日光灯、电视的显像管等都会用到荧光粉末。单晶主要应用在半导体激光管和射线探测器件中。薄膜的制备方法繁琐要求较高，技术上还有待突破。发光材料的发光类型多种多样，主要有：电致发光、光致发光、热释发光、光释发光、阴极射线发光、辐射发光等。1.3.2 发光材料的特性（1）发射光谱发射光谱是发光材料的最基本特征之一，是指在某一特定激，发波长的激发下，得到的发光强度和波长的关系。发射波长一般是由一系列连续峰状曲线，锐峰发射带，或者是两者的混合波谱组成的。发射光谱中的波峰形状和其发光机理有密切的关系。对于发光材料，发射光谱和激发光谱都是非常重要的性能指标,可以采用荧光分光光度计进行测试。（2）激发光谱激发光谱也是发光材料的最基本特征之一，是指在某一特定发射监测波长下,得到的发光材料与激发谱线强度和波长的关系。激发光谱的横坐标是不断变化的激发波长，激发波长的范围小于发射光谱，单位是纳米；激发光谱的纵坐标是发光强度，要得知最好的激发波长的位置，可以通过观察激发光谱的纵坐标。激发光谱对于分析发光材料是不可或缺的皿。（3）发光强度发光强度是指在某一单位立体角内发光产生的光通量为该方向上的发光强度，单位为坎德拉（cd）。一般来说发光材料在一定条件下，其发光强度与激发强度成正比。对稀土发光材料而言，发光强度与稀土掺杂的离子浓度与温度都相关，当稀土掺杂离子浓度时，发光强度降低，产生浓度猝灭现象，当稀土掺杂离子温度过高时，发光强度也会降低，产生温度淬灭现象。（4）色坐标人眼很难对发光材料的发光颜色做出精准判断，对发光材料的发光颜色的解释通常会受到人心理和生理方面的干扰。为了准确表达对颜色的描述，发光材料的发光颜色一般采用国际照明委员（CIE）于1931年提出创立的CIE1931-XYZ色彩体系皿。国际照明委员会（CIE）规定了红光波长（R）为70Onnb绿光波长（G）为546.Inm,蓝光波长（B）为435.8nm。国际照明委员会（ClE）在此基础上建立了标准三原色X（红）、Y（绿）、Z（蓝）。X=2.7689R+1.7517G+1.1302B（l-l）Y=L0000R÷4.5907G+0.0601B（l-2）Z=0.0000R+0.0565G+5.5943B（l-3）对于发光材料来说，其发光颜色可以用色坐标来表示，色坐标值X,y,Z中有两个值是独立的，通常用（x,y）来表示颜色的色坐标。在色坐标图中，可以看到发光材料的发光颜色所在位置。1.4 发光材料的合成稀土发光材料的制备方法很多，由于工艺不同，要求不同，达到的效果也不同。常见的合成方法有高温固相法、水热合成法、溶胶-凝胶法、沉淀法等（1）高温固相法高温固相法是实验生产中制备荧光粉的最常用方法。这种方法合成流程简单,成本较低，易批量生产。但选择此法制备的荧光粉时间跨度长,颗粒大小不均匀,晶粒较粗。在制备前应先确定配方再进行配料的计算。制备通常分为两个阶段：制料和煨烧。反应物以粉末状态下，通过玛瑙研钵对其进行充分研磨后，转入高温炉中进行煨烧，反应进行时间需要进行几小时或更多，使得反应更加充分(2)水热合成法水热法是一种高效的发光材料合成方法，其基本原理是在一定温度和压力下,将配置好的固体原料溶于水中，再放置于反应釜中进行低温烧结。水热法的优点是合成温度较低，反应条件温和，所以水热法可以适用于一些在高温下不稳定的材料。但其缺点也显而易见，由于水热法需要在水溶液中进行化学反应，所以此法不太适用于一些易水解的材料。(3)溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种软化学合成方法，是合成纳米稀土发光材料的重要方法，通常用于合成陶瓷、薄膜、玻璃等材料。溶胶-凝胶法的基本原理是将金属的醇盐或无机盐溶于某种试剂中再经过水解、聚合等反应形成溶胶，然后再经过加热或静置一段时间后生成凝胶，最后将凝胶经过干燥得到实验所需样品。溶胶-凝胶法优点是可反应合成温度较低，产物均匀性好，纯度高。但缺点是实验过程繁琐，反应周期长，且部分原料价格较高I。(4)沉淀法沉淀法是应用最为广泛的液相化学合成方法，其包括三种主要的方法：共沉淀法、均匀沉淀法以及金属醇盐水解法。沉淀法的基本原理是将水溶性物质作为原料，在原料乳液中添加沉淀剂使原料发生水解，然后再经过沉淀、洗涤、过滤、干燥、煨烧热分解等步骤得到最终所需的样品。沉淀法有着设备简单，成本低，生产工艺流程较易控制等优点，但在沉淀过程中，沉淀剂不易溶于水，各种成分分离较为困难。(5)微波合成法微波合成法是将微波作为加热手段,在微波加热过程中，溶液在内部产生热。主要操作步骤为将按照一定比例调配的药品充分混合后，放进用端置于微波炉中加热，一定时间后取出冷却，最后可以得到所需样品。该方法合成时间短，能耗低，受热均匀，产物较纯，易合成出各种不同品相的样品。(6)其他合成方法随着发光材料制备工艺的进步与发展，除了以上几种方法外，还有燃烧法，喷雾热解法，气相法等方法，每种方法各有优缺点，这里不再一一赘述，可以根据制备样品条件选择合适的方法。1.5 Eu"的光谱特征Eu离子在稀土元素中研究较为广泛，其发射波长主要位于橙-红区间的窄带。Eu”具有未充满的4f电子层，4f电子层又有许多排布方式，产生不同能级。E心所具有的4f电子层结构十分符合跃迁发光的基本要求，可以被紫外光（蓝光）或者阴极射线有效激发发出红光，因此常被用为红色发光材料的激活剂。其跃迁辐射是由4f电子层内处于激发态的力。能级跃迁到基态Fj（JR,1,2,3,4）,这种跃迁方式属于f-f跃迁。而当E心离子位于不同的晶格位置时，能级跃迁也大为不同。Eu"离子处于晶格反演中心时，Eu"发生5灰一73跃迁（橙）：处于非反演中心位置时，发生5D°H（红）和'Dl/R（红外）辐射。然后根据Fj的位置形状，可以得出Eu5在晶格中的点阵位置和其他条件1.6 钛酸盐基质荧光粉研究进展钛酸盐材料按结构可以分为钛铁矿类和钙钛矿类，具有优良的介电性、压电性、铁电性以及其他优异的发光性能，可用于电容器、滤波器等器件。因为钛酸盐材料的优异特性，引起了国内外的极大关注。Tian等人用熔盐法制备了发光较好的LaFs:Eu"荧光粉，发光颜色为红橙色，但是荧光粉粒径较小，在20nm左右。MeZa等人制备了Gd2O3：Eu”红色荧光粉，激发光为260nm,属于远紫外线，耗能太大，不利于节能。DeVarajU等人制备了Eu":Y2O3微米级球状和管状红色荧光粉，荧光粉粒径太大，在3斯1左右，而且需要的激发光在254nm处，属于远紫外线，不利于节能环保。SUn等人通过高温固相法得到La2Ti2O7:Eu3t红色荧光粉，猝灭浓度为30%。高斌等人合成了La/Ti。.Eu"红色荧光粉，达到最大发光强度是在Ei?的掺杂浓度为3%时。李香萍等人研究了NaGdTi0：E心红色荧光粉，这种荧光粉在近紫外波段可以有很好的吸收,。我国钛资源丰富，但相比于国外发达国家，我国对钛酸盐材料的研究较为薄弱，因此对钛酸盐材料的研究显得极为重要。1.2 .试验方案2.1 实验原材料表2-1记录了本实验所用到的实验药品名称及其生产产家等信息。表2-1实验试剂信息名称化学式纯度相对分子质量生产厂家碳酸钠Na2CO399.8%105.99西陇化工股份有限公司二氧化钛TiO2化学纯79.87国药集团化学试剂有限公司氧化铺Eu2O399.99%351.93上海阿拉丁生化科技股份有限公司氧化铝Y2O399.99%225.81国药集团化学试剂有限公司2.2实验仪器及设备实验中所用到的仪器设备如表2-2所示。表2-2实验中用到的仪器设备仪器设备名称型号生产厂家荧光光谱仪CaryEclipsePERKINELMER股份有限公司电子天平JA1003B上海越平科学仪器有限公司高温箱式炉KSl-I100X合肥科晶材料技术有限公司荧光粉激发光谱与热淬灭分析系统EX-100O杭州远方广电信息有限公司X射线衍射仪XPertPowder荷兰帕纳科公司紫外可见分光光度Il-Lambda650sPERKlNELMER股份有限公司2.3 实验内容及配料计算在对EUXNaYjTiOl进行研究分析后，可得出结果大概为5g左右，然后分别取X=0.OL0.02,0.04,0.06,0.1,0.14,0.18做对照，在900°C条件下煨烧5小时，保温及冷却时间相同，其他条件也保持相同的情况下，对其进行分析。以X=O.01为例，计算实验中各试剂的使用量，如下：0.005Eu203÷0.5Na2C03÷0.495Y203+TiO2Euo.o1NaY0.99Ti,jM(Euo.oiNaYo_99Ti04)=224.391gmolN(Eu0,OiNaYoi99TiO4)=0.0223mol假设实验样品为5g,则可以得出：氧化铸的摩尔质量为n(Eu2O3)=0.OOolIl5mol,所需氧化错的质量为m(Eu203)=0.0392g碳酸钠的摩尔质量为n(Na2CO3)=0.01115ITlol,所需碳酸钠的质量为In(Na2CO3)=1.1818g氧化钮的摩尔质量为n(Y2O3)=0.01104mol,所需氧化铝的质量为m(Y2O3)=2.4930g二氧化钛的摩尔质量为n(Ti02)=0.0223mol,所需二氧化钛的质量为m(TiO2)=1.7811g以此类推，通过计算也可得出掺杂其他浓度E/'离子时原料的使用量，如下表2-3表2-3原料使用情况原料掺杂EU嗡氧化钠碳酸钠氧化钮二氧化钛0%Og1.1650g2.4830g1.7570g2%0.0781g1.1765g2.4564g1.7731g4%0.1555g1.1712g2.3954g1.7650g6%0.2320g1.6430g2.3317g1.7547g10%0.3824g1.1516g2.2081g1.7356g14%0.5297g1.1394g2.0876g1.7172g18%0.6736g1.1270g1.9688g1.6985g2.4 实验样品的制备过程本实验采用高温固相法，选取氧化销、无水碳酸钠、氧化钮、二氧化钛作为原料，通过多种比例调配，合成一系列NaY1,JiO1:XE心(X=0.01,0.02,0.04,0.06,0.1,0.14,0.18)红色荧光粉。操作流程具体如下：(1)根据掺杂E屋浓度，计算已准备好的本实验所需试剂，并按照计算结果进行称量，称量后将试剂依次倒入已经用酒精清洗干燥后的研钵内。(2)原料调配好后，对研钵中的混合原料研磨10至15分钟，保证充分研磨。(3)将充分研磨后的起始材料倒入川烟中，再将生烟放置于箱式炉中进行高温合成，设置好箱式炉的程序参数，煨烧900烧制5小时。(4)煨烧结束后，箱式炉会根据提早设定好的程序降温至设定值(本实验设定值为室温25)。冷却结束后取出样品进行二次研磨，得到目标产物。2.5 样品的表征2.5.1 样品的物相分析研究材料的物相结构通常为X射线衍射测试分析。XRD物相分析是晶体经X射线辐射后由于内部结构不同产生不同的衍射图样，是对晶体内部空间构型进行分析的方法。本次实验文利用PANalytical公司生产的XRD衍射仪对荧光粉的物相做了测试。X射线衍射仪的工作条件为：扫描速度为2。/min；加速电压为40千伏；灯丝电流为40毫安。252样品的荧光光谱分析荧光性能是荧光材料的研究重点，而荧光光谱是最能直观表现荧光材料的荧光性能，荧光光谱又由激发光谱和发射光谱两部分所组成。本次实验采用Agilent公司生产的caryeclipse型荧光光谱仪测试发光材料的荧光光谱，其工作光源为高压氤灯，工作电压为220V0操作过程为：首先将样品装入比色皿后放入测试槽内，第一组样品测试时由于样品的激发、发射波长未知，因此可以假设一个监测波长。因为本次毕业设计做的是红色发光材料，所以可以预先设定600纳米为监测波长，之后测试发光材料的激发波长，可以测得激发峰值波长,再假设峰值波长是450纳米，就可以用450纳米来测试样品的发射光谱。如果发射光谱中的峰值波长位于610纳米处，那么就用610纳米作为监测波长去测试激发光谱，最后可以测得准确的激发波长。之后在根据准确的激发波长去测试样品的发射光谱。测量过程中，本实验中所有样品测试设备参数保持不变。2.5.3 样品的透射光谱分析本毕业设计采用Perkinelmer公司的型号为LanIbDA650s的紫外可见分光光度计，测试NaYLTiOLXEd发光材料的透光率，不仅能得到荧光材料位于紫外区和可见光区的透光率参数，还能确定荧光粉的激发波长是否与荧光光谱仪的测试结果一致。2.5.4 样品的色度坐标和色温分析通过荧光粉激发光谱与热猝灭分析系统来研究样品的色温及色坐标。具体操作过程如下：(1)打开仪器的总开关和灯开关，之后在电脑上打开测试软件;(2)将样品放入比色皿中，玻璃盖盖好后放到测试槽；（3）在软件内的系统控制设定好激发波长，点击单次测试，经过一段时间的等待后，电脑会自动跳出测试结果，为了避免测试槽内激发光对测量数据的影响可以选择自动去除及手动去除激发光来保证测试得到的数据更加精准；（4）导出绝对光谱数据，并记下色温和色度。（5）通过借助（；固193卜丫工1.6.0.2软件,将得到的数据输入其中,最后能得到相应的色度坐标。3.结果与分析用高温固相法合成的E心掺杂钛酸盐红色LED材料使用的化学药品有氧化错、无水碳酸钠、氧化钮、二氧化钛,按照计算配比称取化学药品，研磨充分后，放入高温箱式炉中，在900高温下煨烧5个小时，最终得到本实验所需样品NaY1-JiO4,xEu”荧光粉。3.1 NaYTiO4:E/+荧光材料的物相分析如图3-1是未掺杂E心及其他掺入其他浓度E心的样品的XRD衍射图。由图3-1我们可做出分析，我们本次毕业设计所测得的未掺杂与其他不同掺杂浓度的样品的XRD衍射图谱在图形外表特征上基本没有很大的区别，所对应的衍射峰的位置也基本保持一致，进一步研究发现实验所得样品的XRD衍射峰数与JCPDS标准卡00-050-0022中NaYTiO,基质对应的衍射峰基本上保持一致，未发现其他明显的杂质峰，与标准卡的标准峰相匹配，说明不存在其他物相。同时也表明掺入少量的E心后，基质的晶体结构没有发生变化，进一步表明掺杂Eu3t的NaYTiOl基质发光材料合成成功。综上分析可知，本次实验合成的发光材料与标准卡中NaYTiol基质对应的衍射峰相吻合，说明合成的物质的结构与NaYTiO.,基质的结构相同。图3-1不同掺杂浓度EG制备的NaYTiOuE/'发光材料的XRD衍射图3.2 NaYTiO4:Eu"荧光材料的激发光谱销的电子构型为Xe4f'6s2,错失去三个电子后成为三价箱离子，三价错离子的电子层结构是Xe4f6.图3-2是613nm监测下掺入不同浓度Eu”的NaYTiO1荧光材料的激发光谱。从图3-2可以轻易看出，随着掺入的Eu*含量的增加，样品的激发光谱走势基本上未出现明显改变，具有相似的谱形，只有激发峰的相对强度出现了明显变化。随着Eu3+浓度的增加，样品的激发峰强度也不断增强。不难看出，当掺杂Eu”浓度为14%时，其激发的相对强度最强。因为Eu“和Y”的离子半径相差不多并且化合价相同，所以E心很容易取代Y二在615nm发射波长监控下，发光材料的激发峰位置处于362nm>383nm、396nm>409nm以及465nm处，其分别对应除-5以、7凡'G2、7R-5L6、T。一力3和7凡-5外跃迁，表示Eu"掺杂复合钛酸盐发光材料的激发光谱占据了35050Onm的大部分范围。5个激发峰中，位于396nm的激发峰的峰值最高，能够与近紫外LED芯片相匹配，因此可以进一步得出该396nm波长是本实验合成的发光材料的最佳激发波长。同时在465nm处也有激发峰，其位置处于能够激发蓝光LED芯片的460-480nm的波长范围内，所以NaYTi01：Ed是能够作为紫外和蓝光LED激发的荧光材料的。(rrB)A_su(Dc_340360380400420440460480500Wavelength(nm)图3-2不同掺杂浓度Eu”制备的NaYTiOuEu”发光材料的激发光谱图3.3 NaYTiOcEif荧光材料的发射光谱图3-3是在396nm光辐照下NaYTiO1:Eu”样品的发射光谱。从发射光谱可看出，实验合成的荧光材料在受到396nm波长辐照时，由于Eu*中4f轨道上电子在不同能级之间跃迁，不同浓度Eu"样品都有3个明显发射峰，在59Onm处发射峰属于力。一旧跃迁；在615nm处的发射峰归属力。-7鼻跃迁。从图中进一步可看出该基质中E的'DlE跃迁的强度高于讪-E跃迁，可得知NaYTiO4基质中E心部分位于中心位置，部分偏离对称中心，因此样品存在着多个发射中心。上述几个特征发射峰中615nm处的发射峰最高，即强度最大。而第二强的发射峰处于702nm,因此我们该实验合成获得的荧光粉在紫外光辐照下发出橙红色光。600700Wavelength(nm)(nE)A-u 三图3-3不同掺杂浓度Ed制备的NaYTiO,:Eu”发光材料的发射光谱图3.4 NaYTiO4:Eu"荧光材料的透射光谱图3-4是NaY1.JiOlsXE心(X=O.01,0.02,0.04,0.06,0.1,0.14,0.18)发光材料用紫外可见分光光度计测试得到的透射光谱。从图中可容易看出，实验中所合成得到的Ea掺杂的钛酸盐样品的透光率曲线包括两部分：紫外光区域和可见光区域。在紫外光区域中，荧光粉的透光率最低不低于91%。而在可见光区域,实验制得的样品NaYTiO1:E心透光率也比较高,也不低于85%o因此可知NaYTiO1:E心样品对于可见光的具有较高的透光率。图3-4不同掺杂浓度EUb制备的NaYTiO,:E/'发光材料的透射光谱图3.5 NaYTiO4:Eu"荧光材料的发光性能与Eu3的浓度关系图3-3给出了在396nm波长光激发下不同Eu"浓度的NaYlXTiOhXEu"(X=O.01,0.02,0.04,0.06,0.1,0.14,0.18)的发射光谱。396nm光的辐照时，荧光材料的最高发射峰位于615nm处。Eu"掺杂浓度的变化未使发射峰的位置发生改变，如图3-3所示；E屋浓度的改变只影响橙红色光的发光强度，如图3-5所示。从图3-5可得知，三价错离子的最佳掺入浓度是10机当E屋掺入浓度低于10%时，随着Eu”掺入浓度逐渐增加，发光中心增多，Ed吸收的能量也越多，因此发光不断增强。当掺杂的E心浓度到达10%时,样品的发光强度趋于饱和状态,此时荧光材料的发出的光将随着掺杂浓度的增加而变弱，即E/'掺入量的过高导致了浓度猝灭现象。出现浓度猝灭可能是因为Eu"掺入量过高，造成Eu*之间的距离变小，E心与Eu”相互作用增大，无辐射跃迁的几率增加，使发光强度随着浓度的升高而减弱。图3-5在396nm光激发下EUa浓度对NaYkJi0)iEu”发光材料的发光性能的影响3.6 NaYTiO4:Eu"荧光材料的色坐标CIE1931xy.V.1.6.0.2软件三色图的色坐标可以用来帮助确定给定发光材料的色纯度还有发射颜色。E/'掺杂钛酸盐发光材料在396nm波长激发下的CIE1931色度坐标和色温已用彩色分析仪记录，将其中的2种较为典型的掺杂浓度为4%和6%Ea的荧光粉的CIE坐标标记为点，分别是图3-6中的A、BoA、B两点的色坐标可在图3-6中找到，4%样本对应为图中B点，其相应的色坐标为(0.6433,0.3453),它是红色的。6%的样本对应为图中的A点，其CIE色度坐标为(0.6537,3460),这意味着颜色由潜变深了。当E屋掺入的量继续增加到10%时这说明此时颜色最深，之后再逐步增加Eu3+浓度时，颜色开始变浅，此时NaY1JiO1:xEu3t样品发生浓度淬灭效应。四、总结与展望本毕业设计以无水碳酸钠、氧化钮、氧化铺以及二氧化钛为原料，采用高温固相在900煨烧5小时条件下制备得到NaYTi0Eu”荧光粉，并对其光谱性能及XRD衍射性能作出研究，得到以下结论：在396nm波长激发下，合成所得到的NaYTiO1:Eu"共有五个特征峰,位于362nm、383run、396nm、409nm以及465nm处。说明在近紫外光的照射下，本样品可以发出红光。（2）通过对比合成所得的NaYTioEu”材料的XRD衍射图与NaYTiO,基质的JCPDS标准卡00-050-0022,NaYTiOI基质的晶体结构没有发生变化。(3)通过研究发现E屋的掺杂浓度与发光强度的关系，发现随着Ed掺入量的增加，发光强度也逐渐增强。当掺入浓度达到10%后，发光强度又逐渐减小，即发生了浓度淬灭现象。在本次毕业设计实验中，由于时间以及实验仪器设备等条件的限制下，未能对NaYTiOIE/'发光材料的实际应用及其他性能做出进一步研究。因此，为了加强本实验合成的NaYTiO1:E心发光材料的发光性能,可以做出更深入的研究探讨:(1)在本次实验中，我们采取的合成方法是高温固相法，这种方法虽然合成流程简单，成本较低，易批量生产，但合成出的样品颗粒大小不均匀，晶粒较粗。因此在条件允许的情况下，我们可以考虑采取其他的合成方法，通过比较,选择更能提高发光材料的发光性能的方法。(2)在本次实验中，我们采取的是单掺杂E/的方式。为了能提高发光材料的发光性能，条件允许情况下，我们可以混合掺杂其他稀土离子,改进配方。(3)由于实验室的条件限制，本次实验制备所得的NaYTi0Eu”发光材料未能对其做出LED封装，无法知道其实际应用情况。在之后的研究中，如条件允许，可以试着对其做出深入研究。参考文献1李健.钛酸盐发光材料的制备与荧光性能研究D.哈尔滨理工大学,2015.2TingLiu,QingyuMeng等.LuminescencepropertiesofNaY(W04)2:Sm3+,Eu3+PhosphorspreparedbymoltensaltmethodJ.JournalofLuminescence,2016,32:219.3张晋春.稀土掺杂钛酸盐荧光粉的合成及性能研究D.陕西科技大学,2015.4陆洲，张乐，韩朋德,王丽熙，张其土.白光LED用钛酸盐红色荧光粉的研究进展J.电子邮件与材料报,2013,32(3):1-2,5赵景川.白光LED用钛酸盐红色荧光粉的制备与性能D.安徽理工大学,2017.6李桂芳，杨倩，魏云戈.匏合钙钛矿型NaLaUgW06:Eu3+红色荧光材料的制备及发光性能研究J无机材料学报,2017,32(9):936-937.7张健.钛酸盐基质白光LED用红色荧光粉的制备及性能研究D.天津理工大学,2012.8仲华.稀土离子掺杂钛酸盐基荧光粉的合成及发光性质D,大连海事大学,2012.9李雪婿.稀土离子掺杂钛酸盐荧光粉的光谱性质D.大连海事大学,2017.10赛娜.铸掺杂钛酸盐体系红色荧光粉的溶胶-凝胶法制备及性能研究内蒙古师范大学，2015.llYueLia,JinkaiLi,等.SynthesisandluminescentpropertiesofBaGd204:Eu3+phosphorswithhighlyefficientr