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1、Ce3＋激活荧光材料发光光谱峰形与发光中心结构的关系的研究化学与分子工程学院99级傅丹摘要本论文主要研究了以下三个方面的内容：1.蓝色荧光粉光谱特征对三基色荧光灯性能影响的模拟计算。通过计算机模拟的色度学计算表明，蓝粉的波长在455nm时，三基色灯的发光效率最高，而发光峰值波长在470nm时，三基色灯的显色指数最佳。蓝色荧光粉发光峰带宽的增加使发光效率下降，而显色指数提高。提高三基色荧光灯性能的根本途径是提高蓝粉的发光效率，而不是靠移动蓝粉发光峰的位置。2.Ce3+激活荧光材料发射光谱峰形与发光中心结构关系的研究。我们主要研究了荧光粉Y2SiO5
2、:Ce3+，实验表明，荧光粉Y2SiO5:Ce3+的发射光谱不能由两个高斯峰拟合得到，而用四个拟合则比较合适。我们猜想这是由于Ce3+在Y2SiO5中占有两个不同位置，从而有两个发光中心引起的，并用Rietveld方法对(Y1-xCex)2SiO5进行结构精修。由于Ce含量很低，很难得出Ce的在晶格中的确切位置,说明此方法应用范围很有限。在Y2SiO5:Ce3+的电子顺磁共振(EPR)研究中，由于EPR仪器的频率不够高，也难以分辨出Ce的两个位置。3.Bi3+激活的蓝色荧光粉Y2GeO5－Gd2GeO5体系发光性质的研究。在Y2GeO5:Bi3+
3、中掺不同含量的Gd，Sc，La，Lu的发射光谱表明，光谱位置基本没有发生移动，而强度有所下降，当掺杂量超出固溶区范围时，则显示为两套光谱的重叠。Gd2GeO5:Bi3+中掺杂Sc，La，Lu时现象类似,掺Y时强度有所提高，当(Gd1-xYx)2GeO5:Bi3+中Y含量为3％时，发光强度最大。一.蓝色荧光粉光谱特征对三基色荧光灯性能影响的模拟计算。（一）.前言三基色荧光灯以其高效节能的优势已得到广泛应用，但关于三基色荧光灯粉的优化工作仍在进行，以期望进一步提高荧光灯的性能。目前的三基色荧光灯中，蓝粉用量较少(10%)，由于其发光峰位置处于人眼视见
4、函数的不敏感区，对荧光灯总发光效率的贡献较小。但高效的的蓝粉可以减少其本身在混合粉中的比例，从而增加绿粉和红粉的比例，使灯的发光效率提高。在现在普遍应用的三基色粉中，大多数蓝粉是以Eu2＋为激活剂。Eu2＋的发光是5d→4f跃迁引起的，而5d能级受晶体场影响较大，使Eu2＋的发射光谱为带状光谱，并且晶体场的强弱不同会使发光峰的位置和带宽在一定范围变化。本研究试图通过理论上的计算给出蓝粉发光峰波长和带宽的变化对三基色荧光灯发光效率和显色指数带来的影响①。（二）.计算原理在本研究中我们模拟了如下三基色粉混合成6500K色温荧光灯：分子式发光颜色色坐标
5、x色坐标yY2O3:Eu3+红色0.6290.359CeMgAl11O19:Ce3+,Tb3+绿色0.3130.606(BaMg)3Al14O18:Eu2+蓝色0.1450.051245计算中选择D6500标准灯为参照光源，其颜色三刺激值为：X＝94.825，Y＝100.000，Z＝107.381，色坐标为：x＝0.3138，y＝0.3309。关于色坐标的计算采用CIE1931标准方法②。当用一组给定的红绿蓝三基色荧光粉进行混粉模拟计算时，我们首先可以由它们的发射光谱R(l)、G(l)、B(l)计算得到相应的颜色三刺激值(Xr,Yr,Zr)、(X
6、g,Yg,Zg)和(Xb,Yb,Zb)。混合后总的颜色三刺激值为：上式中(Cr,Cg,Cb)是相应粉对三刺激值贡献的比例。这里我们可以假设三种粉的比重和粒度一致，并且每种荧光粉对其它粉的发光不产生吸收，这样比例系数(Cr,Cg,Cb)应为三种荧光粉的重量比。以上假设与实际情况有一定差别，但可以使计算大为简化，而且反映了所讨论问题的主要特点。考虑到常用的三基色灯为低压汞灯，其在可见光区也有发射光谱。我们根据文献③中三基色荧光灯汞线发射强度与三基色粉发射强度的比例计算得到汞线对所模拟荧光灯三刺激值的贡献为：XHg=8.7,YHg=8.3,ZHg=20
7、.1，并在以后的计算中视为定值。这样荧光粉和汞线的总三刺激值为：为了模拟6500K色温的荧光灯，我们令上式中的(X,Y,Z)值等于D6500参照光源的三刺激值。当我们改变蓝粉的发射光谱B(l)的波长或带宽会影响(Xb,Yb,Zb)，为维持三基色灯的色坐标x和y不变，则三种粉的比例系数(Cr,Cg,Cb)应做相应调整。同时要维持荧光灯壁上所涂荧光粉的面积不变，由于我们已假设三种粉的粒度和比重一致，则相当于要求Cr＋Cg＋Cb为常数。这样可以由如下方程组计算出新的组成比和三刺激值(X’,Y’,Z’)：Y’就是新的光谱特征下的亮度值。我们采用实际应用中
8、常用的Y2O3:Eu3+,CeMgAl11O19:Ce3+,Tb3+的发射光谱作为红粉和绿粉的发射光谱。对于蓝粉，由于其发射光谱接近于高
