摘要
本文以无机磷酸盐为基底，制备出多种Eu、Tb激活的发光材料并研究了其性能。本论文的主要研究工作如下： （1）采用高温熔盐法首次制备出磷酸盐K5Ree(P2O7)2(Ree=Y，Eu，Tb)的单晶，并通过X射线衍射法确定其晶体结构。结果表明，K5Eu(P2O7)2和K5Tb(P2O7)2具有相同结构，但是与K5Y(P2O7)2有微小差别。这三种化合物均为单斜晶系，空间群为P-1。该结构由沿b轴堆叠的二维(2D)[Ree(P2O7)2]∞阴离子层组成。该阴离子层由ReeO6，ReeO7和P2O7基团通过共用O原子相互连接而成，可以简化为(2,4,6)连接的拓扑网络。K5Y(P2O7)2的紫外可见光谱研究表明该材料在375nm以上没有吸收，适合作为荧光基底材料。采用传统的高温固相合成法制备了红色荧光粉K5Y1-xEux(P2O7)2(x=0~1.0)和绿色荧光粉K5Y1-yTby(P2O7)2(y=0~1.0)并测试其荧光性能。结果表明，在近紫外光激发下，合成的荧光粉显示出各自的激活剂Eu3+或者Tb3+的特征荧光光谱。在基质结构中，Y?Y间距大于9.5?，导致掺入Y位置的激活离子具有较大的间距，可以有效地抑制两个Eu3+或Tb3+离子的能量迁移率，大大降低了有效能量被猝灭中心捕获的可能性。即使掺入高浓度的Eu3+或Tb3+激活剂，仍然没有发生浓度猝灭现象。这可以进一步通过瞬态荧光光谱来证明，随着稀土离子掺杂浓度的增加，荧光寿命非常缓慢地缩短。因此，将高浓度Eu3+或Tb3+掺入K5Y(P2O7)2基底中，有望得到吸收效率和量子产率高的发光材料。实验表明，荧光粉K5Eu(P2O7)2和K5Y0.2Tb0.8(P2O7)2的绝对量子产率分别为81％和80％。此外，荧光粉K5Y(P2O7)2:Eu/Tb在30~200℃内具有良好的热稳定性，在200℃时样品发光强度均可保持在初始强度的86％以上。K5Eu(P2O7)2和K5Y0.2Tb0.8(P2O7)2荧光粉的CIE坐标为(0.6304，0.3679)和(0.3544，0.5888)，分别位于红色和绿色区域。 （2）采用高温熔盐法制备出新型磷酸盐K3BiTaP3O13，并通过X射线衍射法确定其晶体结构。结果表明，K3BiTaP3O13的空间群为P63/mcm，其三维骨架结构由沿c轴延伸的[TaO(PO4)2]∞链和[Bi(PO4)]∞链构成。K3BiTaP3O13的紫外可见光谱研究表明，该材料的间接带隙为3.99eV，且在可见光区域没有吸收，因此可以作为良好的荧光基底材料。热重和差热分析表明，K3BiTaP3O13在850℃的高温下仍然稳定。在其结构中，基底材料中Bi3+离子间距离在5?以上，容易被稀土激活离子Ln3+取代。采用传统的高温固相法制备了红色荧光粉K3Bi1-xEuxTaP3O13(x=0~1.0)和绿色荧光粉K3Bi1-xTbxTaP3O13(x=0~1.0)并测试其荧光性能。荧光光谱表明，在近紫外光激发下，合成的荧光粉显示出各自的激活剂Eu3+或者Tb3+的特征荧光光谱。当Eu3+和Tb3+的掺杂浓度达到80％时，没有发生浓度猝灭。Eu3+和Tb3+掺杂量为80%的荧光粉的量子产率分别为32％和54％。此外，K3Bi0.2Eu0.8TaP3O13和K3Bi0.2Tb0.8TaP3O13荧光粉在30~200℃范围内均有良好的耐热性，在200℃时的发光强度分别为初始强度的85.6％和71.3％。K3Bi0.2Eu0.8TaP3O13和K3Bi0.2Tb0.8TaP3O13荧光粉的CIE坐标为(0.6378，0.3601)和(0.2875，0.6379)，分别位于红色和绿色区域。 （3）采用高温熔盐法合成新型磷酸盐Cs4PbTb2(PO3)12，并通过单晶X射线单晶衍射法确定了它们的晶体结构。结果表明，Cs4PbTb2(PO3)12属于立方晶系，空间群为I-43d，是由P4O12环四磷酸盐和(Pb|Tb)O8多面体构成[PbTb(PO3)12]∞的三维阴离子骨架，Cs+穿插于其中。通过高温固相反应制备了光色可调荧光粉Cs4PbTb2-xEux(PO3)12(x=0~1.5)并对其光致发光性质进行研究。在378nm光激发下，通过改变Eu3+的掺杂浓度，其发射颜色可以实现从绿色、黄色、橙色、最后到纯红色的转变。同时，其寿命值随着Eu3+掺杂量的增加而逐渐减小，分别为37.1、35.1、23.8、14.1、8.7、5.9、4.1、3.3、2.7和1.9ms，有力地证明了Tb3+→Eu3+能量传递的发生。 （4）采用高温熔盐法合成新型磷酸盐K2Tb1.5Ta0.5(PO4)3，并通过单晶X射线单晶衍射法确定了它们的晶体结构。结果表明，K2Tb1.5Ta0.5(PO4)3属于无水钾镁钒结构类型，空间群为P213，由K+连接[Tb1.5Ta0.5(PO4)3]∞阴离子网状骨架而成。最终的框架为4,6-连接的三维拓朴网络结构，其中三种类型节点的顶点符号分别为4363，466688和4669。紫外可见光谱表明，K2Tb1.5Ta0.5(PO4)3在450~800nm的可见光区域几乎没有吸收峰，可以作为良好的基质材料。通过传统的高温固相反应合成了光色可调荧光粉K2Tb1.5-xTa0.5(PO4)3(x=0~0.1)并研究了它的光致发光性质。荧光光谱显示，在378nm光激发下，通过调节Tb3+/Eu3+的比例，荧光粉K2Tb1.5-xEuxTa0.5(PO4)3可以实现从绿色到黄色、橙色、红色的转变。同时，其寿命值随着Eu3+掺杂量的增加逐渐减小，分别为16.5、5.7、3.4、2.2、1.8和1.3ms，有力地证明了Tb3+→Eu3+能量传递的发生。
NETL