稀土掺杂的硅酸盐和硅铝氮氧化物系LED荧光转换材料的合成与性能

论文摘要

随着白光LED制备技术的不断发展以及它的应用领域的不断扩展,可被蓝光和近紫外光激发的荧光粉的合成与性能表征是近几年稀土荧光材料研究中的重点。本研究针对LED荧光转换的要求,合成了稀土掺杂的硅酸盐和硅铝氮氧化物系荧光材料:[1]采用高温固相反应法分别合成了稀土离子掺杂的绿色荧光粉[Ba（2-n-1.5x）REX]SiO4:nEu2+[n=0.03,RE=Pr,Yb,Tb,Nd,Sm;X=0,0.02,0.05,0.10]。所有合成荧光粉的激发峰均为250-400nm的宽峰,与近紫外LED的发射光波长相匹配。发射峰位于450-550nm之间,是Eu2+的5d-4f跃迁的典型发射。稀土离子的掺杂并未改变Ba2SiO4:Eu2+的相组成,但对荧光强度的影响大,且与掺杂元素、掺杂量和煅烧温度相关。不同辅助激活剂的荧光粉的强度顺序为:I Pr6O11>IYb2O3>I Tb4O7>I Nd2O3>I Sm2O3,表明变价稀土的作用更好。当掺杂Pr3+和Yb3+的量为x=0.02时,经1150℃煅烧所得荧光粉的发光强度分别是未掺杂时的595%和168%。[2]以α-AlN,α-Si3N4为主要原料,用氮化还原法制备了稀土掺杂的荧光粉。该荧光粉最强吸收位于350nm-380nm处,最强发射在520nm-580nm处;激活剂Eu2+的最佳浓度为3%（摩尔浓度）;合成的产物的荧光强度和相组成随保温时间有很大的变化,在1700℃下保温时间从0.5h到1h,荧光强度增强,而从1h到7h,荧光强度下降。与此对应的物相组成变化为从α和β-Sialon以及AlN的混合相向α-Sialon和AlN混合相,再向AlN相转变。[3]以膨润土为主要原料,用铝热还原法制备了一系列掺杂Eu2+的荧光粉。其激发光谱的波长范围为300-400nm之间,而发射光谱的主峰在450-550nm之间的蓝绿色范围,并向600nm延伸。表现出Eu2+掺杂硅酸盐荧光粉的基本特征。稀土Y3+的共掺杂有利于掺杂Eu2+的荧光粉强度的增强,而Yb3+与Eu2+的共掺杂效果不如单独添加Eu2+的样品。XRD结果表明,用膨润土烧制的荧光粉并不是单一的Sialon相,这是荧光光谱呈宽峰发射的主要原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 概述
• 1.1.1 固体发光的材料
• 1.1.2 稀土离子的荧光性质
• 1.2 LED
• 1.2.1 LED的发展历史
• 1.2.2 白光LED的发展现状及趋势
• 1.2.3 LED结构和发光机理
• 1.3 LED用荧光粉
• 1.4 稀土离子掺杂荧光粉的合成与性能研究进展
• 1.4.1 YAG:Ce荧光粉
• 1.4.2 硅酸盐系
• 1.4.3 铝酸盐系
• 1.4.4 钨钼酸盐系
• 1.4.5 氮化物和氮氧化物系
• 1.4.6 硫氧化物系
• 1.5 荧光材料合成的研究现状与本研究的主要内容
• 4:Eu²⁺的合成和性能研究'>第2章 稀土共掺杂的BaSiO₄:Eu²⁺的合成和性能研究
• 2.1 试验部分
• 2.1.1 主要试剂及规格
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 合成试验
• 2.1.4 样品表征
• 2.2 结果与讨论
• 2SiO₄:Eu²⁺物相的影响'>2.2.1 不同辅助激活剂的掺杂对Ba₂SiO₄:Eu²⁺物相的影响
• 2SiO₄:Eu²⁺荧光光谱的影响'>2.2.2 不同辅助激活剂对Ba₂SiO₄:Eu²⁺荧光光谱的影响
• 2.2.3 温度对荧光强度的影响
• 2SiO₄:Eu²⁺荧光光谱的影响'>2.2.4 辅助激活剂掺杂含量对Ba₂SiO₄:Eu²⁺荧光光谱的影响
• 2.3 小结
• 第3章 以α-AIN,α-Si3N4为原料合成的Sialon型荧光粉的性质研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 样品合成
• 3.2.4 样品表征
• 3.3 结果与讨论
• 2+浓度对荧光光谱的影响'>3.3.1 激活剂Eu²⁺浓度对荧光光谱的影响
• 3.3.2 温度对样品荧光光谱的影响
• 3.3.3 不同保温时间对样品的影响
• 3.4 小结
• 第4章 以膨润土为原料合成的Sialon型荧光粉的性质研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 膨润土的预处理
• 4.2.4 Sialon型荧光粉的合成
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 原料处理方法与合成样品的荧光性能比较
• 4.3.2 温度的影响
• 3+辅助激活剂对Eu²⁺掺杂的样品的影响'>4.3.3 Y³⁺辅助激活剂对Eu²⁺掺杂的样品的影响
• 2O₃浓度对样品荧光光谱的影响'>4.3.4 Eu₂O₃浓度对样品荧光光谱的影响
• 3+,Eu²⁺共掺杂的荧光粉的性质'>4.3.5 Y³⁺,Eu²⁺共掺杂的荧光粉的性质
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果