稀土掺杂氮化物M-Si-Al-N发光材料的制备及其性能研究

摘要

白光LED被称为第四代照明光源，因其具有节能、环保、寿命长、低功耗，亮度高等优点。荧光材料是荧光转换型白光LED的重要组成部分，通过与蓝光或近紫外LED芯片组合产生白光，白光LED的显色性、色温和发光效率等发光表现由荧光材料性能的优劣直接决定。氮化物荧光材料因其优秀发光性能而受到研究者的广泛关注。本论文针对目前存在的大部分荧光材料的性能有待进一步提高、氮化物红色荧光材料种类太少和相关机理研究不够完善等问题，从以下四个方面开展研究工作：
　　1.（1）通过气压烧结法，金属氮化物为原料，成功合成了纯氮Ca-α-sialon:Eu2+(Ca1.4-xAl2.8Si9.2N16:xEu2+-CASN:xEu2+，x=0-0.3)荧光材料并研究其发光性能。相比于含氧的Ca-α-sialon:Eu2+和商用黄粉YAG：Ce3+（P46-Y3），CASN:xEu2+具有更长波长的发射和更好地热稳定性。结果表明，CASN:xEu2+是一种有极具潜力的白光LED氮化物黄色荧光材料。（2）研究了Ce3+掺杂的CASN的光致发光和阴极射线发光性能。通过改变激活剂离子浓度和基质组成的手段实现调控荧光材料的发光性能。在395nm激发下，样品的CASN:xCe3+发射峰中心波长位于525nm，半高宽为135nm。在150℃时，样品的发射强度只降低了13％。在阴极射线激发下，样品CASN:xCe3+具有良好的耐电流饱和性和优异的抗退化性能及色彩稳定性。（3）通过阳离子取代（Al3+→Si4+）的方式调控CASN:Eu2+的结构和发光性能，探索了样品发射强度增强、发射红移和热稳定性提高的机理，结果表明，随着Al3+对Si4+的取代，样品结晶度也逐渐提高，从而导致CASN:xAl的发射强度逐渐增强。发射光谱的红移和热稳定性能的提高是因Eu-N共价性增强的增强导致的。
　　2.（1）通过气压烧结法，合成了Eu2+掺杂和Eu2+,Ce3+共掺的锂氮化物LiSi2N3荧光材料。LiSi2N3:Eu2+的最强激发在~355nm，最强发射位于~592nm。基质中含氧量的不同使本文合成的LiSi2N3:Eu2+的激发和发射比之前文献报道的位于更长波长范围。再者,研究了Ce3+与Eu2之间能量传递机制和光谱红移的机理。（2）探究AlN的固溶对LiSi2N3:Eu2+晶体结构、形貌、热稳定性和发光性能的影响。AlN的固溶能够提高样品的发射强度。而AlN的固溶没有改变发光中心的配位环境，样品的发射光谱的形状和峰位没有发生变化。结果表明，通过固溶体的形式是一种有效的提高荧光材料发射强度的手段。
　　3.采用传统固相反应成功合成了锂氮化物Ca3Li4-xSi2N6-yOy:Eu2+/Ce3+（CLSN:Eu2+/Ce3+）（0≤y≤1.5）荧光材料,，并研究了其发光性能和能带结构。基质CLSN具有缺陷红光发光特性。Eu2+和Ce3+激活的CLSN同样表现出深红光发射。同时，研究了CLSN:Eu2+/Ce3+的热稳定性。结果表明，锂氮化物(M-Li-Si/Al-N,M=Ca,Sr,Ba)荧光材料对荧光转换型LED用荧光材料的发展有一定的意义。
　　4.采用传统固相反应成功合成系列锂氮化物LiCaAlN2:Eu3+/Tb3+（LCAN:Eu3+/Tb3+）荧光材料。系统研究了LiCaAlN2:Eu3+/Tb3+的光致发光性能和LCAN:Tb3+的阴极射线发光性能。Eu3+/Tb3+掺杂的LCAN表现出位于615nm/550nm的红光/绿光发射。在615nm/550nm监控下，有趣的发现LiCaAlN2:Eu3+/Tb3+有一个位于350-450nm/275-375nm宽的电荷迁移带。在电子束激发下，样品LCAN:Tb3+表现出良好的耐电流饱和性。将红色LiCaAlN2:Eu3+与蓝色、绿色荧光材料封装得到白光LED器件。结果表明，三价稀土离子激活的锂氮化物对高效窄带发射荧光材料的开发有很大意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 LED简介

1.2 白光LED用氮化物发光材料的研究进展

1.3 本论文的选题意义及依据

参考文献

第二章 实验

2.1 样品的合成

2.2 主要表征方法及仪器

2.3 计算分析软件

参考文献

第三章 稀土离子掺杂Ca1.4Al2.8Si9.2N16发光材料的制备、改性及其发光特性研究

3.1 引言

3.2 Ca1.4Al2.8Si9.2N16:Eu2+橙黄色荧光材料的制备及其发光性能研究

3.3 Ca1.4Al2.8Si9.2N16:Ce3+,Li+的制备及其光致发光和阴极射线发光性能研究

3.4阳离子取代（Al3+→Si4+）对Ca1.4Al2.8Si9.2N16:Eu2+发光性能影响

3.5 本章小结

参考文献

第四章 LiSi2N3:Eu2+黄色发光材料的制备、改性及发光性质研究

4.1 引言

4.2 LiSi2N3:Eu2+x和LiSi2N3:Eu2+x,Ce3+0.003（x=0-0.01）黄色荧光材料的制备及发光性能研究

4.3 AlN的固溶对LiSi2N3:Eu2+黄色荧光材料的晶体结构和发光性能的影响

4.4 本章小结

参考文献

第五章 Li4Ca3Si2N6-yOy:Eu2+红色荧光材料的制备及其发光性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

参考文献

第六章 LiCaAlN2:Eu3+/Tb3+红色/绿色荧光材料的制备及其发光性能研究

6.1 引言

6.2 实验部分

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

参考文献

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 不足与展望

在学期间的研究成果

致谢