利用稀土硅氮化物优化传统荧光粉

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在能源危机和节能减排的双重压力下,降低照明能源的消耗已经成为当下的一个研究热点。随着第一支高效蓝色发光二极管的出现,由于其具有低能耗和无汞的环境友好性等特点,使白光LED照明技术逐渐成为一种发展趋势,成为有望替代传统照明白炽灯和荧光灯的下一代绿色光源。因此LED用发光材料的研究对于当今能源危机问题的解决具有极其重要的意义。稀土离子掺杂材料对照明器件至关重要,它广泛应用于固态激光器,固态照明以及LED器件等,可极大地提高设备的性能。近些年对于稀土离子掺杂或稀土离子基质材料的研究热度一直不减。研发具有高量子效率和发光效率以及优异的颜色饱和度的新型荧光材料或者采用新方法新途径优化传统荧光粉则具有比较大的吸引力。特别是有目的地调节和优化荧光粉的发光性能,使之更能满足于新的应用需求。本论文共分为4章,第一章主要介绍荧光粉的相关研究背景,包括发光的定义以及荧光粉的发光原理。紧接着列举了合成白光LED的几种方式。重点介绍了 LED用的主要荧光粉体系,并且着重介绍了本论文工作所研究的LuAG荧光粉和G-La2Si207荧光粉的结构。本章最后给出了本论文研究目的和主要研究内容。第二章介绍了对传统Si-N掺杂方法的改进,采用稀土硅氮化物为原料,利用传统高温固相反应法制备了 LuAG荧光粉,优化了 LuAG荧光粉的荧光性能。利用XRD、SEM、激发和发射光谱和余辉衰减曲线等测试手段,分析了荧光粉的物相、形貌及荧光性能。传统的Si-N掺杂,通常是使用反应活性较低的Si3N4作为掺杂的原料,利用Si-N键部分取代LuAG晶格中的A1-O键,但是由于掺杂的不均匀性,会降低荧光粉的发光性能。而稀土硅氮化物CeSi3N5中的强共价性的Ce-N键及Si-N键提高了合成过程中与N3-离子配位的Ce3+离子的数量,N3-离子趋向于进入发光离子近邻配位,实现Si-N键在晶格中的均匀分布,进而使荧光粉的发射光谱红移。该方法合成的Si-N共掺的LuAG:Ce荧光粉具有较宽的发光光谱和较好的发光性能。并且在测试的过程中观察到了余辉现象,说明该方法可以有效改善铝酸盐荧光材料的荧光性能并增强余辉性能。第三章介绍了 G-La2Si2O7:Eu2+硅酸盐荧光粉的优化合成。对于La2Si207体系的掺杂研究大多数是三价稀土离子的掺杂,如Ce3+离子和Eu3+离子,而Eu2+离子掺杂研究较少,但Eu2+离子的宽激发峰以及可调的发射,适合用于制备白光LED。我们先合成铕的硅氮化物Eu2Si5N8,再以此作为Eu掺杂源,制备了 G-La2Si207:Eu2+荧光粉,在302nm的紫外光激发下发射蓝光,可以作为n-UVLED用荧光粉。同时Eu2Si5N8中N的引入不仅增强了荧光粉的发光强度,还使得荧光粉样品的发射波长发生红移,发光颜色得到调节。因此利用Eu2Si5N8的掺杂有利于对La2Si207:Eu2+荧光粉的合成以及发光性能的改善。第四章是对全文的总结与展望。
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