热处理温度对发光性能的影响

热处理温度对发光性能的影响热处理温度以及晶体缺陷等对荧光粉的发光性能有非常重要的影响，所以研究其热处理工艺等对于提高YVO 4:Dy 3+和YPO 4:Dy 3+荧光粉的发光强度有非常重要的意义。

不同热处理温度对YVO 4:Dy 3+荧光粉发光性能的影响1. XRD 分析图3.1是YVO 4:Dy 3+荧光粉分别经600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃烧结4h 的XRD 图谱。

从图中可以看出，YVO 4为四方相锆英石结构，其三强峰分别为（200）、（112）、（312）晶面，各衍射图谱与YVO 4样品的标准2030405060708090YVO 4 (JCPDS No. 17-0341)2θ(︒)600℃700℃相对强度/ (a .u .)900℃800℃1000℃♦♦V 2O 5图3.1 不同热处理温度下YVO 4:Dy 3+的荧光粉XRD 图PDF卡片基本一致，说明经600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃烧结的YVO4:Dy3+荧光粉样品均为四方相锆英石结构。

随着热处理温度的升高，衍射峰的半高宽逐渐变窄，晶化程度逐渐提高。

这是由于热处理温度越高，离子自由能量越高，活化能越大，所以结晶度越高。

此外，在实验中还发现，随着热处理温度的升高，所制备的YVO4:Dy3+荧光粉的颜色由白色变成黄色（600℃、700℃、800℃、900℃为白色，1000℃为黄色）。

当温度较高时，会在30°左右产生杂峰（图中1000℃时的XRD图）。

这主要是因为V的价态在高温下不稳定，YVO4发生分解，产生V2O5。

由于V2O5为黄褐色，所以使整个荧光粉显现出浅黄色。

由于通常情况下，人们总是希望得到体色纯白的荧光粉，所以其热处理温度不应高于1000℃，从而获得良好的荧光粉。

2光谱分析图3.2是在574nm的激发波长下，分别经600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃烧结4h的YVO4:Dy3+样品的激发光谱。

从图中可以看出，热处理温度并没有改变荧光粉激发峰的分布。

在220-450nm的范围内，有两个明显的激发带，在250～350nm范围内的有一个强的宽激发谱带。

这可归结为YVO4基质中VO43-的能量吸收以及由于Dy3+–O2-相互作用产生的电荷交换，而VO43-的能量吸收是由于O2-到V5+的电荷迁移。

此外，在350～450nm 范围内有一个由Dy3+的f-f电荷跃迁产生的弱激发带。

随着热处理温度的升高，220-260nm 范围内的激发峰未发生明显变化，而260-345nm范围内的激发峰变化较为明显，随着热处理温度的升高，荧光粉的激发强度逐渐增强，所以提高热处理温度，对提高荧光粉的发光强度是非常有利的。

图3.3是分别经600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃烧结4h的YVO4:Dy3+荧光粉，在315nm波长激发下的发射光谱。

从中可以看到所有的发射谱线具有相似的特征，即在483nm和574nm处有两个强的分别来自Dy3+的4F9/2→6H15/2和4F9/2→6H15/2跃迁产生的特征发射。

从图中可以看出，热处理温度并没有荧光粉发射光谱的分布，但随着热处理温度的升高，荧光粉的发射强度逐渐增强，与激发光谱一致。

所以提高热处理温度，对提高荧光粉的发光强度是非常有利的。

200250300350400450波长(nm)图3.2 不同热处理温度下的YVO3+荧光粉的激 400450500550600650700相对强度(a .u .)波长(nm)图3.3 不同热处理温度下3.小结随着热处理温度的升高，YVO 4:Dy 3+荧光粉的结晶度越好，其发光强度也越来越高。

但是，当温度为1000℃时，有杂相出现，且YVO 4:Dy 3+荧光粉的颜色有少许发黄，这是由于热处理温度过高时，会使YVO 4发生分解，产生V 2O 5，从而影响荧光粉的颜色，所以其热处理温度不宜超过1000℃。

不同热处理温度下的YPO 4:Dy 3+荧光粉1. XRD 分析图3.7是经不同热处理温度处理的YPO 4:Dy 3+荧光粉XRD 图谱。

从图中可看到其三强峰的晶面指数依次为（2 0 0）、（1 1 2）、（3 1 2）。

从YPO 4标准PDF 卡往上依次是分别经600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃下烧结4h 的YPO 4:Dy 3+荧光粉的XRD 图谱。

20304050607080YPO 4 (JCPDS, No.11-0254)2θ(︒)600℃700℃800℃900℃相对强度(a .u )1000℃图3.7 不同热处理温度下YPO 4:Dy 3+的荧光粉XRD 图从图中可以看出，各衍射图谱YPO 4的标准PDF 卡片基本一致，说明经600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃烧结4h 的YPO 4:Dy 3+荧光粉样品均为四方相锆英石结构，且在试验的温度范围内，没有其他杂峰出现，说明YPO 4:Dy 3+荧光粉样品的热稳定性较高；同时，由于YPO 4和DyPO 4具有相同的晶体结构，且Dy 3+和Y 3+的离子半径相近，所带电荷相同，所以Dy 3+容易取代YPO 4中的Y 3+离子，当Dy 3+掺杂浓度较小是，对晶格畸变的影响较小。

随着热处理温度的升高，衍射峰的半高宽逐渐变窄，晶化程度逐渐提高。

2 光谱分析图3.8是在574nm 的激发波长下，分别经600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃下烧结4h 的YPO 4:Dy 3+样品的激发光谱。

从图中可以看出，热处理温度并没有改变荧光粉激发峰的分布，在220-450nm 的范围内，有两个明显的激发带。

在250～350nm 范围内的一个强的宽激发谱带。

这可归结为YPO 4基质中PO 43-的能量吸收以及由于Dy 3+–O 2-相互作用产生的电荷交换，而PO 43-的能量吸收是由于O 2-到P 5+的电荷迁移。

此外，在350～450nm 范围内有一个因Dy 3+的f —f 电荷跃迁产生的弱激发带。

随着热处理温度的升高，220-260nm 范围内的激发峰未发生明显变化，而260-345nm 范围内的激发峰变化较为明显，随着热处理温度的升高，荧光粉的激发强度逐渐增强，所以随处理温度的升高，对提高荧光粉的发光强度是非常有利的。

图3.9分别经600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃下烧结4h 的YPO 4:Dy 3+荧光粉，在波长为315nm 激发下的发射光谱。

从中可以看到所有的发射谱线具有相似的特征，即在483nm 和574nm 处有两个强的分别来自Dy 3+的4F 9/2→6H 15/2和4F 9/2→6H 15/2跃迁产生的特征发射，说明热处理温度的提高，并没有改变YPO 4:Dy 3+荧光粉激发光谱的形状。

从图中还可以看出，热处理温度并没有荧光粉发射光谱的分布，随着热处理温度的升高，荧光粉的发射强度逐渐增强，与激发光谱一致。

所以随处理温度的升高，对提高荧光粉的发光强度是非常有利的。

250300350400450相对强度(a .u .)波长(nm)图3.8 不同热处理温度下的荧光粉的激发光谱400450500550600650相对强度(a .u .)波长(nm)图3.9 不同热处理温度下的荧光粉的发射光谱3 小结在试验范围内，随着热处理温度的升高，YPO 4:Dy 3+荧光粉的结晶度越好，同时，其发光强度越来越高。

此外，将图3.1与图3.7进行比较，可以发现，同温度下，YVO 4:Dy 3+荧光粉的XRD 图的半高宽略小于YPO 4:Dy 3+荧光粉的半高宽，说明YVO 4:Dy 3+荧光粉的结晶度略高于YPO 4:Dy 3+荧光粉的结晶度。

图3.10是相同热处理温度下YVO 4:Dy 3+和YPO 4:Dy 3+的激发光谱的对比图，从图中可以看出，在相同的热处理温度下，YVO 4:Dy 3+的发光强度明显高于YPO 4:Dy 3+，YVO 4:Dy 3+样品在250～350nm 范围内的一个强的宽激发谱带；YPO 4:Dy 3+在220-450nm 的范围内，有两个明显的激发带。

在250～350nm 范围内的一个强的宽激发谱带。

这和基质中PO 43-和VO 43-能量吸收有直接关系，而PO 43-的能量吸收是由于O 2-到P 5+的电荷迁移，VO 43-的能量吸收是由于O 2-到V 5+的电荷迁移，由于从O 2-到P 5+所需要的能量与从O 2-到V 5+所需要的能量不同，从而使其激发峰的位置产生变化。

250300350400450YPO 4em=574nm 波长(nm)相对强度(a .u .)121YVO 42图3.10 相同热处理温度下YVO 4:Dy 3+和YPO 4:Dy 3+的激发光谱的对比结论1.随着热处理温度的提高，YVO 4:Dy 3+荧光粉的发光强度逐渐提高，但晶粒尺寸变大，当温度达到1000℃时，样品颜色会发黄。

2.随着热处理温度的提高，YPO 4:Dy 3+荧光粉的发光强度逐渐提高，但晶粒尺寸变大。

3.在相同温度下，YVO 4:Dy 3+荧光粉的晶化程度和发光强度高于YPO 4:Dy 3荧光粉YVO4:Dy3+中Dy3+ 对激发波长影响一激发光谱下图为573nm监控下测得的Y1-xVO4:xDy3+（x=0.003，0.005，0.007，0.01，0.03，0.05）荧光粉的激发光谱。

由图可知，尽管Dy3+掺杂浓度不同，但在220~450nm 范围内均存在一个较弱的220~260nm范围的宽带吸收，它归属为基质吸收带（HAB），以及260～345nm范围的一个强吸收带，将其看作是Dy3+-O2- 和V5+-O2-之间的电荷迁移带（CTB）。

345~450nm紫外光波段为Dy3+的f-f跃迁，但强度非常弱，我们基本观察不到，这是由于Dy3+的吸收光谱源自内层的4f-4f 跃迁，根据光谱选律，△l=0的电偶极跃迁原本属于禁阻的，但实际上在某些基质中又能观察到这种跃迁，如在350nm、365nm和380nm附近分别存在Dy3+的6H15/2—6P7/2、6H15/2—6P5/2和6H15/2—4M21/2跃迁，这是因为4f组态与宇称相反的组态发生混合，或对称性偏离反演中心，使禁阻的f-f跃迁变为允许，但谱线强度较低，且在激发光谱中这种特点不利于吸收激发能量，YVO4基质中的Dy3+就属于这种情况。

随Dy3+浓度的逐渐增加，基质吸收带（HAB）及Dy3+的f-f跃迁未发生明显变化，而在Dy3+-O2-和V5+-O2-之间的电荷迁移带（CTB）处，激发谱呈现出先增后降的趋势，当x=0.01时，激发强度达到最大，但随Dy3+浓度的继续增加，强度逐渐降低，这是由于当Dy3+与Dy3+之间距离达到一定程度时，颗粒中相邻的Dy3+增多，同一颗粒内激发态和非激发态的Dy3+之间交叉弛豫几率增大，能量只能以非辐射形式在离子间传递，造成激发态发光离子能量非辐射损失增大，形成浓度猝灭[45]，导致荧光粉激发强度降低。