白光二极管（WLED）硅酸盐、铝酸盐荧光粉的燃烧法制备及其发光性能的研究

论文摘要

由于石化资源的匮乏,世界性的能源危机引起了各国的重视,各国纷纷把照明节能特别是白光LED产业的发展纳入国家发展战略中。白光LED照明与传统照明方式相比,具有省电、体积小、发热量低、可低压或低电流启动、寿命长、响应快、抗震耐冲、可回收、无污染等优点,使得其经济与环境效益明显,迅速受到各国研究者的广泛关注,被认为是继白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯之后第四代光源,代表了未来照明产业的发展方向,有着庞大的市场。目前,荧光体转换是获取白光LED的主要途径之一。转换用荧光体的研究在发光材料领域中最活泼。因此,荧光粉的制备成为白光LED的关键问题之一。高温固相法已被广泛应用于白光LED用荧光粉的合成,但是这种方法会导致合成出的荧光粉发光性能受损,且需要很高的煅烧温度。另外,用高温固相法合成出的荧光体粉末较大,需通过球磨以获得较小的荧光体粉末。而实验表明,经过球磨的荧光体粉末会导致较多的缺陷,并且发光效率明显降低。随着材料科学技术的发展,一些软化学合成方法,如溶胶—凝胶法、共沉淀法、微波法及燃烧法已成功应用在白光LED用荧光粉的合成。这些方法均引入了液相,每种成份可以准确控制和充分混合。燃烧法具有容易、快捷的特点,因而在各种氧化物的合成中广泛应用。该技术利用金属硝酸盐和燃料之间在低温下反应放出的热量使合成反应得以进行。此外,这种合成方法具有安全、速度快及节省能量的优点。本文采用燃烧法制备出了Li2MSiO4: Eu2+（ M: Ca, Ba）, MxSr1-xAl2O4:Eu2+（M: Zn, Ca）WLED用荧光粉。运用X-射线粉末衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、荧光光谱仪对荧光体的晶体结构、形貌、激发和发射光谱进行了分析与测试。主要内容包括:（1）综述白光LED照明产业发展现状和未来趋势,简要分析了白光LED的发光原理、实现途径以及关键材料,主要讨论了荧光粉的制备技术。（2）燃烧法合成了Li2CaSiO4: Eu2+WLED用蓝绿色荧光粉,研究了尿素CH4N2O、助熔剂H3BO3以及初始炉温对荧光体发光性能的影响。（3）首次用燃烧法在600℃合成了新型的紫外LED用荧光粉Li2(Ba0.99, Eu0.01)SiO4: B3+,对其发光性能进行了研究。（4）助熔剂H3BO3对Li2BaSiO4:Eu2+荧光体晶体结构、形貌、激发和发射光谱的影响,并确定了H3BO3的合适用量。（5） Eu2+激活的SrAl2O4是一种良好的紧凑型紫外LED用绿色荧光材料。采用燃烧法合成了SrAl2O4: Eu2+,为了提高该荧光体的发光强度,用Zn2+替代Sr2+离子,用B3+替代Al3+,对其发光性能进行了研究。（6）在SrAl2O4: Eu2+中掺杂Ca2+,掺杂使得基质晶体场环境发生改变。随着Ca离子的掺杂,发现了样品的发射光谱峰位置发生蓝移的现象。发射峰的位置和强度随基质的改变而变化,以适应不同情况对波长的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 发光二极管（LEDs）的概况
• 1.3 WLED 的作用机理及研究现状
• 1.4 WLED 用荧光粉的现状
• 1.4.1 蓝光转换型荧光粉（激发波长450～490 nm）
• 1.4.2 近紫外转换型荧光粉（激发波长350～450 nm）
• 1.4.3 紫外转换型荧光粉（激发波长200～350 nm）
• 1.5 WLED 用荧光粉的制备方法
• 1.5.1 高温固相法
• 1.5.2 机械化学法
• 1.5.3 溶胶—凝胶法
• 1.5.4 共沉淀法
• 1.5.5 水热合成法
• 1.5.6 燃烧法
• 1.6 研究内容
• 1.6.1 研究的目的
• 1.6.2 研究的主要内容
• 1.7 选题意义
• 2(Ca_0.99,Eu_0.01) SiO₄:B²⁺ WLED 用荧光粉的制备及其发光性质的研究'>第2章 Li₂(Ca_0.99,Eu_0.01) SiO₄:B²⁺ WLED 用荧光粉的制备及其发光性质的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.3 样品表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 尿素用量的影响
• 2.3.2 硼酸用量的影响
• 2.3.3 初始炉温的影响
• 2.3.4 形貌分析
• 2.3.5 发光性能
• 2.4 结论
• 2(Ba_0.99, Eu_0.01) Si0₄: B的制备及其发光性能的研究.'>第3章 新型WLED用荧光粉Li₂(Ba_0.99, Eu_0.01) Si0₄: B的制备及其发光性能的研究.
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 样品制备
• 3.2.3 样品表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 X 射线粉末衍射分析
• 3.3.2 硼酸用量的影响
• 3.3.3 形貌分析
• 3.3.4 发光性能
• 3.4 结论
• 3BO₃对紫外LED用荧光粉Li₂BaSiO₄:Eu²⁺发光性能的影响'>第4章 H₃BO₃对紫外LED用荧光粉Li₂BaSiO₄:Eu²⁺发光性能的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂
• 4.2.2 样品制备
• 4.2.3 样品表征
• 4.3 结果与讨论
• 3BO₃ 对晶体结构的影响'>4.3.1 H₃BO₃对晶体结构的影响
• 3BO₃ 对颗粒粒径的影响'>4.3.2 H₃BO₃对颗粒粒径的影响
• 3BO₃ 对光谱性能的影响'>4.3.3 H₃BO₃对光谱性能的影响
• 4.4 结论
• 2O₄: Eu²⁺B³⁺的影响'>第5章 Sr/Zn比变化对UV-LED用绿色荧光粉（Sr,Zn） Al₂O₄: Eu²⁺B³⁺的影响
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验试剂
• 5.2.2 样品制备
• 5.2.3 样品表征
• 5.3 结果与讨论
• 0.9(Al_11.92, B_0.08)I₄: Eu²⁺ 0.1X射线衍射分析'>5.3.1 Sr_0.9(Al_11.92, B_0.08)I₄: Eu²⁺0.1X射线衍射分析
• 3BO₃0对SrAl_O4:Eu²⁺光谱影响'>5.3.2 H₃BO₃0对SrAl_O4:Eu²⁺光谱影响
• 1-x,Zn_x)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄:Eu²⁺0.12的 X射线衍射分析'>5.3.3 (Sr_1-x,Zn_x)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄:Eu²⁺0.12的 X射线衍射分析
• 0.9)(Al_1.92,B_0.08)O₄: Eu²⁺0.1激发和发射光谱的影响'>5.3.4 Zn 掺杂对 Sr₀.9)(Al_1.92,B_0.08)O₄: Eu²⁺0.1激发和发射光谱的影响
• 5.3.5 产物形貌分析
• 0.6,Zn_0.4)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄:Eu²⁺发光效率的影响'>5.3.6 初始炉温对(Sr_0.6,Zn_0.4)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄:Eu²⁺发光效率的影响
• 5.4 结论
• 2O₄: Eu²⁺发光性能的影响'>第6章 基质组分改变对燃烧法合成 SrAl₂O₄: Eu²⁺发光性能的影响
• 6.1 前言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验试剂
• 6.2.2 样品制备
• 6.2.3 样品表征
• 6.3 结果与讨论
• 0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄:Eu²⁺0.1X射线衍射分析'>6.3.1 Sr_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄:Eu²⁺0.1X射线衍射分析
• 0.9,Eu_0.1)(Al_2-y,B_y)O₄的发射谱图'>6.3.2 (Sr_0.9,Eu_0.1)(Al_2-y,B_y)O₄的发射谱图
• 1-x,Ca_x)(Al_1.92,B_0.8)O₄:Eu²⁺0.1的发射光谱性质'>6.3.3 (Sr_1-x,Ca_x)(Al_1.92,B_0.8)O₄:Eu²⁺0.1的发射光谱性质
• 0.8,Ca_0.2)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺ 0.1X射线衍射分析'>6.3.4 (Sr_0.8,Ca_0.2)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺0.1X射线衍射分析
• 0.8,Ca_0.2)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺ 0.1形貌分析'>6.3.5 (Sr_0.8,Ca_0.2)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺0.1形貌分析
• 0.8,Ca_0.2)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺ 0.1发光效率的影响'>6.3.6 初始炉温对(Sr_0.8,Ca_0.2)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺0.1发光效率的影响
• 0.4,Ca_0.6)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺ 0.1X射线衍射分析'>6.3.7 (Sr_0.4,Ca_0.6)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺0.1X射线衍射分析
• 0.4,Ca_0.6)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺ 0.1形貌分析'>6.3.8 Sr_0.4,Ca_0.6)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺0.1形貌分析
• 0.4,Ca_0.6)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺ 0.1发光效率的影响'>6.3.9 初始炉温对Sr_0.4,Ca_0.6)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺0.1发光效率的影响
• 0.8,Ca_0.2)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺ 0.1的激发和发射光谱'>6.3.10 Sr_0.8,Ca_0.2)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺0.1的激发和发射光谱
• 0.4,Ca_0.6)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺ 0.1的激发和发射光谱'>6.3.11 Sr_0.4,Ca_0.6)_0.9(Al_1.92,B_0.08)O₄,Eu²⁺0.1的激发和发射光谱
• 6.4 结论
• 全文总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已完成或发表的论文