用于白光LED的钨钼酸盐荧光粉的合成及发光性能研究

摘要

白光LED（第四代照明光源）因具有长寿命、节能、环保、易组装等优点而被应用于诸多领域。目前主要有两种方法可获得白光LED，一种是InGaN基蓝光芯片和黄色荧光粉(YAG∶Ce3+)组合，另一种是近紫外LED芯片和三基色（红、绿、蓝）荧光粉组合。前者由于缺少红光成分导致白光LED显色指数偏低，后者因目前的红色荧光粉效率性能低下而进展缓慢。因此，研发新型红色荧光粉已成为发展白光LED的当务之急。
　　借助钨钼酸盐优良的热稳定性和化学稳定性以及Eu3+高纯度的红光发射，本文制备了AY(MoO4)2∶Eu2+，Sm3+(A=Na+，K+)和Ba2MW(Mo)O6∶Eu3+(M=Ba2+，Zn2+)红色荧光粉。通过XRD、SEM、发光光谱、紫外吸收光谱、拉曼谱等对样品进行了分析，取得了以下研究进展:
　　1)首次采用微波水热法合成了NaY(MoO4)2∶Eu3+荧光粉。XRD研究表明，升高反应温度有利于NaY(MoO4)2∶Eu3+的结晶。SEM研究发现，反应时间对荧光粉颗粒形貌有重要影响，当反应时间为0.5 min和1 min时，样品呈米粒形颗粒，粒径约为0.5×1μm，当反应时间为5 min和10 min时，样品颗粒则为立方形，粒径约为2μm。不同颗粒形貌的出现在晶体生长的不同阶段，首先，溶液中的Na+，Y3+，Eu3+，MoO42-形成NaY0.9(MoO4)2∶0.1 Eu3+晶核。然后，随着反应时间的延长，残留的Na2MoO4·2H2O和Y(NO3)3·6H2O在溶液中溶解，进一步释放出Na+，Y3+，MoO42-来促进晶核的成长，进而形成不同形貌的NaY0.9(MoO4)2∶0.1 Eu3+颗粒。
　　2)采用高温固相法首次合成了具有正交相结构的KY(MoO4)2∶Sm3+荧光粉。研究发现:Sm3+的最佳掺杂浓度为3 mol％，在此之前，样品的发光强度随Sm3+掺杂浓度的增大而增强。其后，发生浓度猝灭，发光强度随掺杂浓度的增大而降低。造成浓度猝灭的原因是由于Sm3+之间的交叉驰豫。对KY(MoO4)2∶Eu3+，Sm3+荧光粉的研究发现，共掺Sm3+可以拓宽Eu3+在393 nm和465 nm处的激发峰，同时样品的发光强度也有明显增强。这一发光增强效应起源于Sm3+与Eu3+之间的能量传递，Sm3+将自身吸收的激发能量传递给Eu3+，从而提高了样品的发光强度。
　　3)采用高温固相法首次制备了具有纳米线结构的Ba3WO6∶Eu3+荧光粉。在立方相结构的Ba3WO6基质中，Ba2+有两种格位，即:十二配位的A位和六配位B位。研究结果表明:掺入的Eu3+主要取代了B位的Ba2+。随着烧结温度的升高，样品电荷迁移带(CT带)的中心位置发生红移。在紫外区CT带的激发下，Ba3WO6∶Eu3+荧光粉发出595nm的橙红光。进一步研究发现，采用Li+，Na+，K+对Ba3WO6∶Eu3+进行电荷补偿可以有效增强Ba3WO6∶Eu3+荧光粉的发光强度，其中K+的发光增强效果最好，其主要原因是Eu3+和K+取代两个Ba2+时，基质的品格变形最小。
　　4)采用溶胶-凝胶法合成了Ba2ZnMoO6∶Eu3+红色荧光粉，对样品的结构、发光性能的研究发现:样品属于立方双钙钛矿结构，具有Fm-3m空间群。样品在370～410nm近紫外区有一个较强的宽带吸收峰，其主峰位于380 nm，属于MoO66-基团中的O2-→Mo6+之间的电荷跃迁吸收，在该激发带的激发下，Ba2ZnMoO6∶Eu3+发出橙红色光。这一结果表明Ba2ZnMoO6∶Eu3+可用做近紫外激发白光LED的红色荧光粉。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 照明的发展历程

1．2 白光LED的简介

1．2．1 白光LED的发展趋势

1．2．2 白光LED的实现途径

1．3 白光LED用荧光粉的研究现状

1．3．1 蓝光激发型荧光粉

1．3．2 近紫外／紫外激发型荧光粉

1．4 荧光粉的制备方法

1．4．1 高温固相法

1．4．2 溶胶-凝胶法

1．4．3 水热合成法

1．4．4 微波水热法

1．5 课题的研究意义及主要内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究的主要内容

第二章 实验

2．1 实验部分

2．1．1 实验药品

2．1．2 实验仪器

2．2 分析仪器

第三章 铕掺杂NaY(MoO4)2荧光粉的合成与发光性能

3．1 引言

3．2 实验过程

3．3 结果与讨论

3．3．1 晶体结构分析

3．3．2 晶体形貌分析

3．3．3 发光性能分析

3．4 小结

第四章 KY(MoO4)2∶0．03Sm3+，0．01Eu3+荧光粉的发光性能

4．1 引言

4．2 实验

4．3 结果和讨论

4．3．1 物相分析

4．3．2 发光性能分析

4．3．3 能量传递分析

4．3．4 色坐标

4．4 小结

第五章 Ba3WO6：Eu3+发光纳米线的结构与性能

5．1 引言

5．2 实验

5．3 结果与讨论

5．3．1 物相分析

5．3．2 形貌与生长机理分析

5．3．3 发光性能分析

5．3．4 结构和拉曼光谱分析

5．3．5 浓度猝灭分析

5．3．6 电荷补偿分析

5．4 小结

第六章 溶胶-凝胶法制备的Ba2ZnMoO6∶Eu3+发光性能的研究

6．1 引言

6．2 实验

6．3 结果与讨论

6．3．1 SEM和物相分析

6．3．2 发光性能分析

6．3．3 浓度猝灭分析

6．4 小结

总结和展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢