白光LED灯用红色荧光粉的制备和性能研究

摘要

在全球性能源节约和低碳经济的全面号召与推动下，人类意识到绿色照明中节能与环保的重要性。而作为一种新型固态照明光源的白光 LED灯，其具有高亮度、低能耗、长寿命、无污染、强实用性等优点，掀起了人类照明史上的又一次革命，被公认是继各种火光照明、白炽灯照明、高强度气体放电灯照明之后的第四代光源。LED照明保持着呈现高速蓬勃发展的趋势，但目前能有效地被紫外光和蓝光芯片激发的红色荧光粉较紧缺，且现有的红色荧光粉发光效率较低、稳定性较差、制备工艺较落后。众所周知，红色荧光粉在改善白光LED的显色效果和调制白光LED色温等方面起着举足轻重的作用，因此寻找新型高效稳定的红色荧光粉成为推动白光 LED发展中至关重要的环节。
　　本文采用微波法和高温固相法制备了三种钼酸盐红色荧光粉，并利用X射线粉末衍射仪（X-ray Diffraction，简称XRD）、扫描电镜（Scanning Electron Microscope，简称SEM）和荧光分光光度计等分析技术对其晶体结构、形貌特征、荧光特性等进行表征。主要研究成果包括：
　　（1）采用微波法合成白光LED灯用CaMoO4:Eu3+红色荧光粉。探讨了不同的微波反应时间、稀土离子Eu3+的不同掺杂浓度、不同的电荷补偿剂等对样品发光性能的影响，同时对样品的晶体结构、形貌、发光性能、荧光寿命、粒度分布等进行了测试分析。结果表明：制备出的样品粉体均属于四方晶系白钨矿结构；样品的最佳微波反应时间为55 min；样品的激发光谱在383nm、464 nm存在较强的吸收锐峰，且在这两个波段光的激发下发射出位于615 nm的红光，其属于发光中心Eu3+的5D0→7F2的特征发射峰，对紫外和蓝光芯片具有高的匹配性；Li+离子作为电荷补偿对粉体强度的提高最为明显；Ca0.52MoO4:0.24Eu3+,0.24A+（A=Li，Na，K）的发光强度分别是Ca0.76MoO4:0.24Eu3+发光强度的4.5，3和1.5倍；通过微波法30 min合成Ca0.76MoO4:0.24Eu3+的发光强度是在800℃中煅烧4 h得到的Ca0.76MoO4:0.24Eu3+样品的发光强度的1.4倍；微波反应30min时，Ca0.36MoO4:0.32Eu3+,0.32Li+具有最佳的荧光性能。
　　（2）采用高温固相法合成白光LED灯用MgMoO4:Eu3+红色荧光粉。通过分步烧结，探讨不同的煅烧温度、保温时间、稀土离子Eu3+的掺杂浓度、不同的电荷补偿机制等对样品发光性能的影响；在高温下，添加不同助熔剂来制备样品，亦探讨了复合基质、双稀土离子掺杂对样品发光性能的影响；同时，对样品的晶体结构、形貌、发光性能、荧光寿命、粒度分布等进行了测试分析。结果表明：荧光粉的晶相均属于单一纯相四方晶系结构；样品的激发光谱在391nm、464 nm存在较强的吸收锐峰，在这两个波段光的激发下发射位于615 nm的红光，其属于Eu3+的5D0→7F2的特征发射峰；不同类型的电荷补偿方式对样品的发光都有增强效果，Mg0.625MoO4:0.25Eu3+，0.30Li+,Mg0.20MoO4:0.40Eu3+,0.40Na+，Mg0.40MoO4:0.30Eu3+,0.30K+分别为其各自电荷补偿体系的最佳荧光样品，且其荧光强度分别是Mg0.75MoO4:0.25Eu3+荧光强度的2.4，3.9，3.3和1.4倍。符合白光LED灯用红色荧光粉的要求。
　　（3）采用高温固相法合成白光LED灯用AGd(MoO4)2:Eu3+（A=Li，Na，K）红色荧光粉。探讨不同的煅烧温度、保温时间、稀土离子Eu3+的掺杂浓度型等对样品发光性能的影响；同时，对样品的晶体结构、形貌、发光性能、荧光寿命、粒度分布等进行了测试分析。结果表明：粉体均属于四方晶系白钨矿结构，样品的激发峰主要在393 nm和464 nm，发射主峰在615nm是Eu3+的5D0→7F2跃迁，LiGd0.55(MoO4)2:0.45Eu3+，NaGd0.70(MoO4)2:0.30Eu3+，KGd0.60(MoO4)2:0.40Eu3+分别具有最佳的发光性能，符合白光LED灯用红色荧光粉的要求。
　　本文对于白光LED灯用红色荧光粉的研究与探讨，在实现白光LED商业化道路上具有一定的实用价值。

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1 前言

1.1 白光LED的发展背景

1.2 白光LED的特点及应用

1.3 白光LED的技术

1.4 白光LED用红色荧光粉的研究现状

1.5 白光LED用红色荧光粉存在的问题及研究方向

1.6 LED用荧光粉的制备方法

1.7 本课题的主要研究内容和目标

1.8 本课题的创新点

2 材料与方法

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器

2.3 样品的表征

2.4 合成过程

3 结果与分析

3.1 微波反应法合成CaMoO4:Eu3+红色荧光粉的结构表征与性能研究

3.2 高温固相法合成MgMoO4:Eu3+红色荧光粉的结构表征与性能研究

3.3 高温固相法合成AGd(MoO4)2:Eu3+（A=Li，Na，K）红色荧光粉的结构表征与性能研究

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文