浏览全部资源
扫码关注微信
Ga3+、Sc3+掺杂LuAG∶Ce3+透明陶瓷的荧光性能
增强出版Analysis of Ga3+/Sc3+ Substitution on Luminescence Property of LuAG∶Ce3+ Transparent Ceramics
- 发光学报 2022年43卷第12期 页码：1928-1937
- 作者机构：
1.福州大学 化学学院， 福建 福州 350002
2.中国科学院 福建物质结构研究所， 福建 福州 350002
3.福建省光电信息科技创新实验室， 福建 福州 350108
- 作者简介：
[ "周泽华（1995-），男，江西南昌人，硕士研究生，2019年于南昌大学获得学士学位，主要从事荧光陶瓷的研究。Email: zhouzehua@fjirsm.ac.cn " ]
[ "黄集权（1980-），男，福建漳州人，博士，研究员，2011年于中国科学院获得博士学位，主要从事光催化材料及LED荧光材料的研究。 E-mail： hjq@fjirsm.ac.cn" ]
[ "郭旺（1979-），男，安徽淮南人，博士，研究员，2017年于中国人民大学获得博士学位，主要从事激光透明陶瓷、荧光陶瓷、LED/LD封装、稀土氧化物红外窗口陶瓷的研究。 E-mail： guowang@fjirsm.ac.cn" ]
- 基金信息：闽都创新实验室自主部署项目(2021ZZ113);中国科学院战略重点研究项目(XDA22010301)
DOI：10.37188/CJL.20220248
中图分类号： O482.31收稿日期：2022-06-21，
修回日期：2022-07-08，
纸质出版日期：2022-12-05
- 稿件说明：
移动端阅览
周泽华,黄集权,陈剑等.Ga3+、Sc3+掺杂LuAG∶Ce3+透明陶瓷的荧光性能[J].发光学报,2022,43(12):1928-1937.
ZHOU Ze-hua,HUANG Ji-quan,CHEN Jian,et al.Analysis of Ga3+/Sc3+ Substitution on Luminescence Property of LuAG∶Ce3+ Transparent Ceramics[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(12):1928-1937.
周泽华,黄集权,陈剑等.Ga3+、Sc3+掺杂LuAG∶Ce3+透明陶瓷的荧光性能[J].发光学报,2022,43(12):1928-1937. DOI： 10.37188/CJL.20220248.
ZHOU Ze-hua,HUANG Ji-quan,CHEN Jian,et al.Analysis of Ga3+/Sc3+ Substitution on Luminescence Property of LuAG∶Ce3+ Transparent Ceramics[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(12):1928-1937. DOI： 10.37188/CJL.20220248.
摘要
LuAG∶Ce
3+
是一种高效稳定的商业化绿色荧光转换材料。我们采用真空烧结方法制备了一系列掺杂Ga
3+
/Sc
3+
的LuAG∶Ce
3+
透明陶瓷样品，并研究了掺杂离子及掺杂浓度对其晶体结构、荧光性能及热稳定性能的影响。在450 nm蓝光激发下，Ga
3+
和Sc
3+
的掺杂均使LuAG∶Ce
3+
的发射谱发生蓝移。其中，Ga
3+
离子具有更好的蓝移效果，在掺杂浓度从0%提升至20%时，发射光谱从536 nm蓝移至506 nm。与此同时，两种离子掺杂均降低了绿光陶瓷的热稳定性能。但通过变温发射谱及量子产率表征发现，Ga
3+
离子对陶瓷热性能的影响比Sc
3+
离子的小。将两个系列的陶瓷样品封装在3 W的蓝光LED芯片上，获得了具有不同光色的绿光光源。其中，Ga
3+
系列陶瓷展现出了更优异的光色可调性，并且维持着更高的光效。综上，我们认为Ga
3+
离子掺杂的LuAG∶Ce
3+
陶瓷是一种具有较大潜力的绿色荧光转换材料。
Abstract
LuAG∶Ce
3+
is an efficient and stable commercial green phosphor-converted material. Two series of Lu
3
Al
5-
x
M
x
O
12
∶Ce
3+
transparent ceramics（TCs） doped with Ga
3+
/Sc
3+
ions were fabricated by vacuum sintering. The effects of doping ions and their concentration on crystal structure， fluorescence properties， and thermal stability were investigated. Both Ga
3+
and Sc
3+
doped LuAG∶Ce
3+
samples exhibit a blue-shift under 450 nm blue light excitation. Significantly， Ga
3+
doped samples have more effective spectral modulation， and the emission spectrum shifts from 536 nm to 506 nm when Ga
3+
concentration increases from 0% to 20%. Meanwhile， it is found from temperature-dependence spectrum and quantum yield characterization that Ga
3+
doped ions have less impact on thermal stability of LuAG∶Ce
3+
ceramics. By encapsulating the ceramic samples on 3 W blue LED chips， green light sources with various spectra were obtained. Among them， Ga
3+
doped LuAG∶Ce
3+
samples show better color tunability and maintain higher light efficiency. In summary， Ga
3+
doped LuAG∶Ce
3+
ceramic is a promising green phosphor-converted material.
关键词
Keywords
references
SCHUBERT E F ， KIM J K . Solid-state light sources getting smart ［J］. Science ， 2005 ， 308 （ 5726 ）： 1274 - 1278 .
PUST P ， SCHMIDT P J ， SCHNICK W . A revolution in lighting ［J］. Nat. Mater. ， 2015 ， 14 （ 5 ）： 454 - 458 .
KIM Y H ， VISWANATH N S M ， UNITHRATTIL S ， et al . Review—phosphor plates for high-power LED applications： challenges and opportunities toward perfect lighting ［J］. ECS J. Solid State Sci. Technol. ， 2017 ， 7 （ 1 ）： R3134 - R3147 .
RAUKAS M ， KELSO J ， ZHENG Y ， et al . Ceramic phosphors for light conversion in LEDs ［J］. ECS J. Solid State Sci. Technol. ， 2013 ， 2 （ 2 ）： R3168 - R3176 .
LI H L ， LIU X J ， HUANG L P . Fabrication of transparent cerium-doped lutetium aluminum garnet （LuAG∶Ce） ceramics by a solid-state reaction method ［J］. J. Am. Ceram. Soc. ， 2005 ， 88 （ 11 ）： 3226 - 3228 .
NAKAMURA S . The roles of structural imperfections in InGaN-based blue light-emitting diodes and laser diodes ［J］. Science ， 1998 ， 281 （ 5379 ）： 956 - 961 .
PATTISON M ， HANSEN M ， BARDSLEY N ， et al . 2019 lighting R&D opportunities ［R］. Energy Efficiency and Renewable Energy ， 2020 .
CHEN D Q ， XIANG W D ， LIANG X J ， et al . Advances in transparent glass‐ceramic phosphors for white light-emitting diodes—a review ［J］. J. Eur. Ceram. Soc. ， 2015 ， 35 （ 3 ）： 859 - 869 .
李江 ， 李万圆 ， 刘欣 ， 等 . 固态照明/显示用荧光陶瓷研究进展 ［J］. 发光学报 ， 2021 ， 42 （ 5 ）： 580 - 604 . doi: 10.37188/CJL.20200402 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200402
LI J ， LI W Y ， LIU X ， et al . Research progress on phosphor ceramics for solid-state lighting/display ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2021 ， 42 （ 5 ）： 580 - 604 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJL.20200402 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200402
李万元 ， 张琳 ， 毛建 ， 等 . 高亮度β-sialon∶Eu 2+ 绿色荧光粉的合成及其在高色域白光LED上的应用 ［J］. 功能材料 ， 2018 ， 49 （ 1 ）： 1167 - 1172 .
LI W Y ， ZHANG L ， MAO J ， et al . Synthesis of the highly efficient β-sialon∶Eu 2+ green phosphor and its application in wide-color gamut white LEDs ［J］. J. Funct. Mater. ， 2018 ， 49 （ 1 ）： 1167 - 1172 . （in Chinese）
DING H ， LIU Z H ， HU P ， et al . High efficiency green-emitting LuAG∶Ce ceramic phosphors for laser diode lighting ［J］. Adv. Opt. Mater. ， 2021 ， 9 （ 8 ）： 2002141-1-8 .
ZHANG Q ， ZHENG R L ， DING J Y ， et al . Excellent luminous efficiency and high thermal stability of glass-in-LuAG ceramic for laser-diode-pumped green-emitting phosphor ［J］. Opt. Lett. ， 2018 ， 43 （ 15 ）： 3566 - 3569 .
MA Y L ， ZHANG L ， ZHOU T Y ， et al . High quantum efficiency Ce∶（Lu， Y） 3 （Al， Sc） 2 Al 3 O 12 transparent ceramics with excellent thermal stability for high-power white LEDs/LDs ［J］. J. Mater. Chem. C ， 2020 ， 8 （ 46 ）： 16427 - 16435 .
KHANIN V ， VENEVTSEV I ， CHERNENKO K ， et al . Exciton interaction with Ce 3+ and Ce 4+ ions in （LuGd） 3 （Ga， Al） 5 O 12 ceramics ［J］. J. Lumin. ， 2021 ， 237 ： 118150-1 - 6 .
KHANIN V ， VENEVTSEV I ， CHERNENKO K ， et al . Variation of the conduction band edge of （Lu， Gd） 3 （Ga， Al） 5 O 12 ∶Ce garnets studied by thermally stimulated luminescence ［J］. J. Lumin. ， 2019 ， 211 ： 48 - 53 .
MORI M ， XU J ， OKADA G ， et al . Comparative study of optical and scintillation properties of Ce∶YAGG， Ce∶GAGG and Ce∶LuAGG transparent ceramics ［J］. J. Ceram. Soc. Japan ， 2016 ， 124 （ 5 ）： 569 - 573 .
BONNET L ， BOULESTEIX R ， MAÎTRE A ， et al . Manufacturing issues and optical properties of rare-earth （Y， Lu， Sc， Nd） aluminate garnets composite transparent ceramics ［J］. Opt. Mater. ， 2015 ， 50 ： 2 - 10 .
XIA Z G ， MEIJERINK A . Ce 3+ -doped garnet phosphors： composition modification， luminescence properties and applications ［J］. Chem. Soc. Rev. ， 2017 ， 46 （ 1 ）： 275 - 999 . doi: 10.1039/c6cs00551a http://dx.doi.org/10.1039/c6cs00551a
CHEN X Q ， QIN H M ， ZHANG Y ， et al . Fabrication of cerium-doped nonstoichiometric （Ce， Lu， Gd） 3+ δ （Ga， Al） 5- δ O 12 transparent ceramics ［J］. J. Rare Earths ， 2015 ， 33 （ 8 ）： 863 - 866 .
CHEN X P ， LIU X ， FENG Y G ， et al . Microstructure evolution in two-step-sintering process toward transparent Ce∶（Y， Gd） 3 （Ga， Al） 5 O 12 scintillation ceramics ［J］. J. Alloys Compds. ， 2020 ， 846 ： 156377-1 - 16 .
HUA H ， FENG S W ， OUYANG Z Y ， et al . YAGG∶Ce transparent ceramics with high luminous efficiency for solid-state lighting application ［J］. J. Adv. Ceram. ， 2019 ， 8 （ 3 ）： 389 - 398 .
AHRENS L H . The use of ionization potentials Part 1. Ionic radii of the elements ［J］. Geochim. Cosmochim. Acta ， 1952 ， 2 （ 3 ）： 155 - 169 .
WANG W ， JIANG B X ， FENG T ， et al . Broadening emission band of Yb∶LuScO 3 transparent ceramics for ultrashort pulse laser ［J］. J. Am. Ceram. Soc. ， 2021 ， 104 （ 11 ）： 6064 - 6073 .
DORENBOS P . 5 d -level energies of Ce 3+ and the crystalline environment. Ⅱ. Chloride， bromide， and iodide compounds ［J］. Phys. Rev. B ， 2000 ， 62 （ 23 ）： 15650-1-10 . doi: 10.1103/physrevb.62.15650 http://dx.doi.org/10.1103/physrevb.62.15650
FENG T ， SHI J L ， JIN X G ， et al . Effect of Sc substitution for Al on the optical properties of transparent Ce∶YSAG ceramics ［J］. J. Am. Ceram. Soc. ， 2008 ， 91 （ 7 ）： 2394 - 2397 .
UEDA J ， TANABE S ， NAKANISHI T . Analysis of Ce 3+ luminescence quenching in solid solutions between Y 3 Al 5 O 12 and Y 3 Ga 5 O 12 by temperature dependence of photoconductivity measurement ［J］. J. Appl. Phys. ， 2011 ， 110 （ 5 ）： 053102-1-6 .
LING J R ， XU W T ， YANG J ， et al . The effect of Lu 3+ doping upon YAG∶Ce phosphor ceramics for high-power white LEDs ［J］. J. Eur. Ceram. Soc. ， 2021 ， 41 （ 12 ）： 5967 - 5976 .
0
浏览量
439
下载量
2
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 地址：长春市经济技术开发区东南湖大路3888号 邮编：130033
- 联系电话：0431-86176862 Email：fgxbt@126.com
- 本系统由Light学术出版中心、北京北大方正电子有限公司共建 吉ICP备11002662号-17
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
