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第四代绿色照明光源(W-LEDs)凭借着节能、环保(无铅汞污染)、高效稳定、寿命长、光色与色温可调等诸多优点,已渗透到家居与各行各业中。在众多白光LED器件中,LED芯片+光致发光荧光粉组合型器件拥有着显色指数高、量子效率高、稳定性高、低成本、组装简易等优势,在商用白光LED器件的实现方式中受到广泛的青睐与投资。白光LED器件的芯片选择与封装随荧光粉性能的改变而改变,荧光粉的性能决定着白光LED器件的上限,因此,制备出高性能的稀土离子激活的白光LED用荧光粉至关重要。如今,稀土离子掺杂的单基质荧光粉的研究已趋于饱和,因此,本论文将在现有荧光粉的改良改性上,利用碱土金属间的部分取代或设计固溶体荧光粉的手段改进荧光粉的发光性能,制备可适配于(近)紫外或蓝光LED芯片激发的三组不同的荧光粉体系,通过多种表征手段对其发光性能的转变进行详细的分析与讨论。
1.采用Pechini型溶胶-凝胶法成功合成了光色可调的Eu2+激活的β-Ca3(PO4)2相NaCa9.99-xSrx(PO4)7:0.01Eu2+固溶体荧光粉。X射线衍射图谱(XRD)、归一化发射光谱表明,所制备的磷酸盐荧光粉为两组分间的完全固溶,并且当Sr2+的取代浓度为x=7时最接近相变临界点,固溶体由R3c←→R-3m进行相变。β-Ca3(PO4)2相荧光粉中存在四种可被Eu2+占据的阳离子位点,Sr2+取代浓度的变化改变了Eu2+在各位点中的分配,在紫外光(288nm)激发下,固溶体荧光粉的发光颜色可由天蓝色至黄绿色后折返至深蓝色进行调控;当固定Ca/Sr比例,荧光粉的发光颜色可随激发光波长的增加逐步由黄绿光向黄光进行调控。
2.通过Pechini型溶胶-凝胶法合成一系列(Sr,M)2MgSi2O7:Eu2+(M=Mg,Ca,Ba)荧光粉。X射线衍射图(XRD)测试表明,适量引入不同碱土金属离子不会破坏基质晶格结构,Sr2MgSi2O7晶格中只存在一种配位数为4的Mg2+格位,Eu2+与其余碱土金属离子均无法进入其位点。当引入半径相对较小的Mg2+时,XRD衍射峰位置未移动,其发射峰位置也未发生改变,说明Mg2+并未取代Eu2+,而是修饰了晶格缺陷。当半径相对较小/大的Ca2+/Ba2+取代Sr2+时,XRD衍射峰分别向高角度/低角度移动,其发射峰分别发生红移/蓝移,说明Ca2+/Ba2+的引入改变了发光中心周围的晶体场强度等,从而可实现淡蓝/深蓝发射。
3.采用Pechini型溶胶-凝胶法合成具有石榴石结构的Lu2.94(Al5-2xMgxSix)O12:Ce3+固溶体荧光粉。使用Mg2+-Si4+离子对取代LuAG晶格内不同[AlO6]八面体和[AlO4]四面体内的Al3+-Al3+离子对,使其仍保持石榴石构型。第二配位域中的[AlOX]多面体畸变导致[CeO8]多面体整体被压缩,引起发光中心位点分化和对称性降低,其发光颜色由绿光红移至黄光进行调控。通过使用Mg2+单独取代Al3+,实验证明其激发峰与发射峰不同拓宽方向的来源,发射光谱拓宽与红移的同时观察到激发峰强烈拓宽。由于其较为优秀的发光性能,所制备的Lu2.94(Al5-2xMgxSix)O12:Ce3+固溶体荧光粉在暖色pc-WLED中具有潜在的应用价值。
1.采用Pechini型溶胶-凝胶法成功合成了光色可调的Eu2+激活的β-Ca3(PO4)2相NaCa9.99-xSrx(PO4)7:0.01Eu2+固溶体荧光粉。X射线衍射图谱(XRD)、归一化发射光谱表明,所制备的磷酸盐荧光粉为两组分间的完全固溶,并且当Sr2+的取代浓度为x=7时最接近相变临界点,固溶体由R3c←→R-3m进行相变。β-Ca3(PO4)2相荧光粉中存在四种可被Eu2+占据的阳离子位点,Sr2+取代浓度的变化改变了Eu2+在各位点中的分配,在紫外光(288nm)激发下,固溶体荧光粉的发光颜色可由天蓝色至黄绿色后折返至深蓝色进行调控;当固定Ca/Sr比例,荧光粉的发光颜色可随激发光波长的增加逐步由黄绿光向黄光进行调控。
2.通过Pechini型溶胶-凝胶法合成一系列(Sr,M)2MgSi2O7:Eu2+(M=Mg,Ca,Ba)荧光粉。X射线衍射图(XRD)测试表明,适量引入不同碱土金属离子不会破坏基质晶格结构,Sr2MgSi2O7晶格中只存在一种配位数为4的Mg2+格位,Eu2+与其余碱土金属离子均无法进入其位点。当引入半径相对较小的Mg2+时,XRD衍射峰位置未移动,其发射峰位置也未发生改变,说明Mg2+并未取代Eu2+,而是修饰了晶格缺陷。当半径相对较小/大的Ca2+/Ba2+取代Sr2+时,XRD衍射峰分别向高角度/低角度移动,其发射峰分别发生红移/蓝移,说明Ca2+/Ba2+的引入改变了发光中心周围的晶体场强度等,从而可实现淡蓝/深蓝发射。
3.采用Pechini型溶胶-凝胶法合成具有石榴石结构的Lu2.94(Al5-2xMgxSix)O12:Ce3+固溶体荧光粉。使用Mg2+-Si4+离子对取代LuAG晶格内不同[AlO6]八面体和[AlO4]四面体内的Al3+-Al3+离子对,使其仍保持石榴石构型。第二配位域中的[AlOX]多面体畸变导致[CeO8]多面体整体被压缩,引起发光中心位点分化和对称性降低,其发光颜色由绿光红移至黄光进行调控。通过使用Mg2+单独取代Al3+,实验证明其激发峰与发射峰不同拓宽方向的来源,发射光谱拓宽与红移的同时观察到激发峰强烈拓宽。由于其较为优秀的发光性能,所制备的Lu2.94(Al5-2xMgxSix)O12:Ce3+固溶体荧光粉在暖色pc-WLED中具有潜在的应用价值。