摘要
以镓酸盐/铝酸盐为基质的近红外荧光粉具有良好的结构稳定性，热稳定性以及化学稳定性，可适用于荧光转换型近红外LED的封装，因而受到业界的广泛关注。目前，虽然此类近红外LED的应用发展已趋于饱和，但作为其核心的近红外荧光粉在更宽的发射光谱和更高的发光效率方面研究仍不尽人意，因此研究开发新型高效的近红外荧光粉是十分有价值的。本文以镓酸盐/铝酸盐为基质材料，用过渡金属离子(Cr3+)和稀土离子(Er3+、Yb3+)作为掺杂离子，成功合成了ZGa4O7:Cr3+(Z=Ca,Sr)、CaGa4O7:Cr3+,Cr4+,Yb3+以及CaAl4O7:Er3+,Cr3+荧光粉，并对它们的晶体结构、发光性能以及热稳定性能进行了探索和研究。本论文的创新工作具体如以下三个方面： （1）通过同族元素替代，设计制备了CaGa4O7:Cr3+和SrGa4O7:Cr3+两种近红外荧光粉，ZGa4O7:Cr3+(Z=Ca,Sr)荧光粉在400-520nm蓝光范围都具有较宽的吸收带，可以与蓝光LED芯片相匹配。在这两种基质材料中，Cr3+倾向于占据Ga3+的格位，同时Cr3+离子4T2→4A2的能级跃迁，使得这两种荧光粉CaGa4O7:Cr3+和SrGa4O7:Cr3+可以产生发射峰分别位于748nm和760nm处的宽带近红外光。此外，这两种荧光粉同样具有较好的热稳定性。 （2）利用Cr离子的不同价态，在CaGa4O7:Cr3+,Cr4+中实现了Cr3+和Cr4+的共存，[GaO4]的四配位结构为Cr4+发光提供了环境，因而CaGa4O7:Cr3+,Cr4+荧光粉同样可以在蓝光下被激发，发出峰值为745nm的近红外Ⅰ区光和峰值为1290nm近红外Ⅱ区光。CaGa4O7:Cr3+,Cr4+,Yb3+荧光粉通过共掺杂Yb3+离子，借助Cr3+与Yb3+之间的能量传递过程进一步拓宽了荧光粉的发射光谱，实现了从650-1600nm的超宽近红外发射光谱覆盖，同时提高了荧光粉量子效率，达到了39.6%。此外，还证实了Cr3+与Yb3+之间的确存在能量传递，并探究了其能量传递的机理。还测试了CaGa4O7:Cr3+,Cr4+,Yb3+荧光粉的变温发射光谱，同样表现出较好的热稳定性。 （3）以Er3+作为敏化剂，通过Er3+与Cr3+之间的能量传递作用，对CaAl4O7:Cr3+荧光粉的发光性能进行调控，发现CaAl4O7:Er3+,Cr3+在692nm的深红光发光强度相较于CaAl4O7:Cr3+提升3倍左右。证实了Er3+与Cr3+之间的能量传递机理为偶极子-四极子作用，能量传递效率最大为31.7%。在150℃高温条件下CaAl4O7:Er3+,Cr3+荧光粉比CaAl4O7:Cr3+的深红光发光强度提高了约1.9倍，证实Er3+的掺杂可以很好的提高Cr3+的发光强度。
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