白光LEDs用多变硅酸盐荧光粉制备及发光性能研究

摘要

固态照明是21世纪非常有前景的人造光源。目前固态照明主要是半导体照明,即发射白光的发光二极管——白光LEDs灯。然而,白光LEDs灯中仍存在许多有待解决的问题,比如白光 LEDs的光输出耦合效率。因此,本课题的研究内容主要是针对解决白光 LEDs光输出效率问题进行展开,研究了一锅法、硝酸盐-凝胶工艺制备复合碱土铝硅酸盐荧光粉,为解决白光LEDs器件中不同基质荧光粉之间相互反应、分散性和稳定性等问题提供了技术路线。另外,采用水热法制备的多种新的微/纳米结构碱土硅酸盐荧光粉很可能成为白光 LEDs用荧光粉中的新体系。
　　本文提出了一种新的合成思路用于制备白光 LEDs用复合发光材料。首先各组分以溶液法的方式变成单一、均匀的前驱体,然后在特定温度热处理时各组分在单一基质中自发地完全分相,最终整合成复合发光材料。研究结果表明, Eu3+掺杂复合荧光粉SrAl2Si2O8/SrAlSi1/2O7/2,在380nm近紫外光激发下,单一基质能够同时发射红色(～616nm)和蓝色(～440nm)两种可见光。通过掺杂合适的稀土离子浓度或调节初始前驱体成分,能够实现红色和蓝色这两种单色光发光强度的可控。
　　研究了热处理工艺对复合荧光粉相转变过程的影响。研究结果表明,前驱体从540到700℃范围开始发生相转变,在完全分成两相前主要中间相有Sr2SiO4、Sr3Al2O6、SrAl2O4和六角SrAl2Si2O8。1300℃退火36h后,所有的氧化物全部转化成单斜SrAl2Si2O8和四角SrAlSi1/2O7/2。由于所形成的两相是单一前驱体通过自发分相获得,因此能够保证基质中两相的均匀分布。
　　研究了Eu多重态结构在复合荧光粉基质中的变化。研究结果表明,在高温空气氛围中Eu3+还原成Eu2+的反应发生在SrAl2Si2O8晶格中,而在SrAlSi1/2O7/2晶格中没有发生。换句话说,在高温空气氛围中SrAl2Si2O8基质比SrAlSi1/2O7/2更易于将Eu3+离子还原成Eu2+态。
　　本文提出了水热法制备白光LEDs用硅酸盐类荧光粉材料中新的技术方案,即在水热法制备硅酸盐类荧光粉中采用有机碱源(比如二齿配合物,乙二胺)替换传统的无机碱源(比如氢氧化钠等)。研究结果表明,在相对低的温度(180℃)能够成功制备六角微八面体和棱柱状空心微结构的SrSiO3:Eu2+荧光粉和不同形貌Eu2+掺杂钡硅酸盐纳米结构。
　　研究了六角 SrSiO3:Eu2+微晶体的形成机制。研究结果表明,SrSiO3初始核首先择优地沉积在硅纳米球的表面。SrSiO3微八面体的生长机制主要是初始纳米球聚集形成纳米薄片,纳米薄片沿[001]晶向择优生长的自组装接合机制。而SrSiO3棱柱状空心结构的形成机制主要是关于具有“孪晶关系”的两晶体间的粘着过程,其初始棱柱状空心结构的外壳来源于由纳米球整合而成的空心微球。
　　研究了发射光谱中Eu2+离子发射峰的不对称性。研究结果表明,在SrSiO3中Sr原子占据三个不同的位置,Eu2+离子可能占据SrSiO3晶格中不同类型的位置,从而形成相应的多个发射中心。或者每一个Sr原子周围存在八个氧原子配位,可看成是[SrO8]原子群,这些[SrO8]原子群存在轻微的扭曲。Eu2+离子周围扭曲的局域环境影响了Eu2+离子d轨道的劈裂能,导致从不同能级产生的发射峰发生叠加,最终形成宽大的发射峰。
　　研究了阳离子Ba:Si的摩尔比对产物形貌的影响。研究结果表明,钡硅酸盐纳米晶体的生长速率很大程度上由钡离子和硅酸根离子的浓度控制。通过改变溶液中Ba:Si摩尔比,获得刺猬状、球形状、带孔的不规则球状、空心蠕虫状和破碎的蠕虫壳状纳米结构。
　　研究了钡硅酸盐纳米结构的发光性能。研究结果表明,在360nm近紫外光激发下,所有产物在400到625nm范围内有一个宽大的发射带(峰位处在～440nm),显示偏蓝的白光颜色。所有样品发射峰的峰位不随样品形貌的变化而变化,然而发射光的强度随形貌发生了变化可归因于样品的结晶性和尺寸。

目录

白光LEDs用多变硅酸盐荧光粉制备及发光 性能研究

白光LEDs用多变硅酸盐荧光粉制备及发光 性能研究

SYNTHESIS AND LUMINESCENCE PROPERTIES OF VERSATILE SILICATE PHOSPHORS IN WHITE LIGHT-EMITTING DIODES

摘要

Abstract

Contents

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 白光LEDs用无机发光材料

1.3 白光 LEDs 及荧光粉的研究进展

1.4 白光LEDs有待解决的关键问题

1.5 本文的主要研究内容

第2章 实验材料与实验方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

第3章 Eu3+单掺杂复合荧光粉研究

3.1 Eu3+单掺杂复合荧光粉的晶体结构

3.2 Eu3+单掺杂复合荧光粉的发光性能

3.3 Eu3+和 Eu2+离子之间的能量传递

3.4 Eu离子多重态结构变化

3.5 发光强度的可控调制

3.6 白光LEDs用可行性分析

3.7 本章小结

第4章 Eu3+/Dy3+共掺杂复合荧光粉研究

4.1 Eu3+/Dy3+共掺杂复合荧光粉的合成机理

4.2 Eu3+/Dy3+共掺杂复合荧光粉的晶体结构

4.3 Eu3+/Dy3+共掺杂复合荧光粉的发光性能

4.4 Eu3+/Dy3+掺杂单一荧光粉的发光性能

4.5 Eu3+/Dy3+共掺杂复合荧光粉的缺陷性能

4.6 本章小结

第5章 六角SrSiO3:Eu2+微晶体荧光粉研究

5.1 六角 SrSiO3:Eu2+微晶体荧光粉的形貌

5.2 六角SrSiO3 :Eu2+微晶体荧光粉的形成机制

5.3 六角SrSiO3:Eu2+微晶体荧光粉的发光性能

5.4 白光LEDs用可行性分析

5.5 本章小结

第6章 Eu2+掺杂钡硅酸盐荧光粉研究

6.1 Eu2+掺杂钡硅酸盐荧光粉的形貌

6.2 Eu2+掺杂钡硅酸盐荧光粉的结构和成分

6.3 Eu2+掺杂钡硅酸盐荧光粉的发光性能

6.4 白光LEDs用可行性分析

6.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢

个人简历