硅基氧/氮化物荧光材料的合成及高稳定疏水改性的研究

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进入21世纪,由于越来越严重的环境污染和能源危机,使得现代人们节能环保的愿望更加迫切。LEDs固态照明技术作为主流的现代照明技术,由于其低能耗、高稳定性及长寿命等优点使其一经发现后就迅速占领了照明市场。现代LEDs固态照明技术中常用的组合就是将InGaN蓝光芯片与YAG黄粉组合发出白光,但是这种组合的白光中由于缺少红光波段导致显色指数较低,不能满足人们对照明越来越高的各种要求。一般采用在上述的组合中加入红、绿色荧光粉以提高显色指数。因此新型荧光材料作为LEDs固态照明技术中重要的光转换材料受到了广大学者的青睐。其中硅基氧/氮化物荧光材料由于其高量子效率、高化学稳定性以及较好的热淬灭及热衰性能备受学者关注。硅基氧/氮化物荧光材料由于其结构内的[SiN4]、[Si04]以及[SiON3]等结构交联形成稳定的空间网状结构导致其晶格内的晶格场作用力的多样性,从而使其发光波段可涵盖整个可见光区。基于LEDs用的硅基氧/氮化物荧光材料的这些优点,我们主要研究了硅基氧/氮化物荧光材料的合成及高稳定性疏水改性,具体可以分为六章。第一章是绪论,着重介绍了照明技术的发展、发光、稀土掺杂的发光材料、稀土离子间的能量输运及传递、白光LED常用的荧光材料与合成方法以及论文的写作思路与主要内容。在介绍白光LED常用的荧光材料时,介绍了铝酸盐与硅酸盐,其中着重介绍了(氧)氮化物荧光材料及其常用合成方法。第二章介绍了 La-Si-O-N体系荧光材料合成方法的改进及La2Si603N8体系内稀土掺杂发光性质的研究,详细地介绍了以硅粉直接氮化制备稀土掺杂的La2Si603N8荧光体系并研究了其体系内的Ce3+与Tb3+能量传递现象。通过Dexter能量传递拟合机理分析,我们得出了 La2Si603N8晶格内的Ce3+与Tb3+能量传递是通过多极子作用机理中的偶极子-偶极子作用机理进行的,实验发现,La2-x-ySi6O3N8:Ce3+&Tb3+(x=0.2,y=0.5)荧光材料内的能量传递效率达到了 70%。接着我们将硅粉直接氮化制备硅基氧氮化物荧光材料的方法进行了推广,成功在相对较低的温度1500℃氨气气氛下制备了 Ce3+掺杂的L4Si207N2(L=La,Y,Lu)、Ce3+掺杂的La5Si3012N及Ce3+掺杂的LaSi02N蓝绿色荧光材料。第三章介绍了以金属碳化物与氧化物制备硅基氮化物Sr2Si5N8:Eu2+、Ca2Si5N8:Eu2+及CaSrSi5N8:Eu2+固溶体相三种红色荧光材料及其发光性能研究。详细地介绍了 Sr/Si比例、煅烧温度、反应气氛、稀土 Eu2+的掺杂量、原料的选择、同族阳离子掺杂等因素对以金属碳化物与氧化物制备这三种硅基氮化物荧光材料的发光性能、物相及微观结构的影响。第四章介绍了以聚二甲基硅氧烷对氮化物荧光粉Sr2Si5N8:Eu2+及硅酸盐荧光粉Ba2Si04:Eu2+表面包覆的高稳定性疏水改性研究。详细研究了高温高湿高压条件下Sr2Si5N8:Eu2+红粉及Ba2Si04:Eu2+绿粉的稳定性,研究发现这两种荧光材料稳定性下降与严重的光衰主要来自于晶格和发光中心的氧化。接着着重介绍了利用正硅酸四乙酯和聚二甲基硅氧烷水解聚合反应在硅基(氧)氮化合物荧光粉表面形成疏水层的机理。实验成功地在这两种荧光粉表面形成了无定型的纳米硅氧化合物疏水层,此包覆层之所以具有疏水性就是包覆层中的-CH3的存在,而未经修饰的荧光材料在空气中长时间放置会在表面形成无定型的M-Si-O-N层亲水层。在此无定型的纳米疏水层的保护下,荧光粉的稳定性得到了很大的提升,即使在100-150℃的反应釜中相对于原位的荧光粉仍能保持较好的稳定性。第五章介绍了以氯硅烷氨解热解形成的无机纳米颗粒对硅酸盐荧光粉Ba2Si04:Eu2+表面修饰的高稳定性疏水改性研究。详细介绍了利用甲基二氯硅烷与二甲基二氯硅烷在氨气气氛下的氨解及热解在硅氧化合物荧光粉表面形成疏水层的机理。实验成功地在Ba2Si04:Eu2+荧光粉颗粒表面形成了大约20-40nm无定型的无机纳米硅碳氧化合物疏水层,此修饰层之所以具有疏水性就是修饰层中的-CH3的存在。在此无定型的纳米疏水层的保护下,荧光粉的稳定性得到了很大的提升,即使在100℃的反应釜中相对于原位的荧光粉仍能保持较好的稳定性。第六章是全文的总结与展望,在此章中我们对硅基氧/氮化物荧光材料的合成及发光性质作了全面的总结,并相应地指出了本文的不足之处以及未完成的研究。
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