基于焦硅酸盐和三元硫化物的固溶体荧光粉的合成和发光性质

摘要

近年来，白光LED因其具有体积小、效率高、寿命长、环保无污染等优点而广受关注。目前，商用的白光LED仍然以蓝光InGaNLED芯片和黄色荧光粉YAG∶Ce3+组合而成。由于其缺少红光成分，此种方式得到的白光LED存在显色指数偏低(Ra＜85)和色温偏高的问题。而紫外或近紫外芯片结合单基白光荧光粉得到的白光LED能很好的避免以上问题，因此，单基白光荧光粉已成为一个研究热点。
　　焦硅酸盐体系荧光粉具有制备成本低廉、高化学稳定性、抗氧化、抗潮、不与封装树脂作用等优点，是一种优良的单基白光LED基质。此外，三元硫化物由于具有合适的带隙宽度和良好的热稳定性，也是十分理想的荧光粉基质材料。本论文着意从基质入手，选定焦硅酸盐和三元硫化物作为荧光粉基质，以Ce3+，Eu2+，Tb3+，Eu3+为激活剂离子，通过形成固溶体来研究荧光粉发光性质的变化，以获得适用于紫外芯片激发的白光LED荧光粉。本文的研究内容主要有以下四个方面。
　　1.Sr2Mg1-xZnxSi2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+荧光粉的合成与发光性质
　　通过传统高温固相法合成了Sr2Mg1-xZnxSi2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+荧光粉。XRD分析表明Zn2+能够有效的取代Mg2+而形成固溶体。Sr2Mg1-xZnxSi2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+荧光粉可被紫外光329nm有效激发，同时发射387nm蓝紫光，542nm绿光和616nm红光。通过调整Ce3+，Tb3+，Eu3+的掺杂浓度，可以调整荧光粉发射的红、绿、蓝光的强度，从而能够实现白光发射。因此，Sr2Mg1-xZnxSi2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+在紫外激发的白光LED用荧光粉方面存在潜在应用。特别是当x=0.5时，荧光粉紫外激发效率有较大提高，在327nm激发时，Ce3+的蓝紫光发射和Tb3+的绿光发射强度都有不同程度的增强。
　　2.M2Mg0.5Zn0.5Si2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+(M=Ca，Sr,Ba)荧光粉的合成与发光性质
　　通过形成固溶体调节M2Mg0.5Zn0.5Si2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+荧光粉的发光性质。合成的系列样品中，Sr2-xCaxMg0.5Zn0.5Si2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+可被紫外光329nm有效激发，同时发射387nm蓝紫光，542nm绿光和616nm红光。通过调整Ce3+、Tb3+、Eu3+的掺杂浓度，可以调整荧光粉发射的红、绿、蓝光的强度，从而能实现白光发射。当x由0增大到1时，Ce3+的蓝紫光发射发生红移，这可能与Ce3+在不同的晶体场中能级分裂不同有关，并且当x=1时，荧光粉紫外激发效率得到提高，在327nm激发时，Ce3+的蓝紫光发射和Tb3+的绿光发射强度都有不同程度的增强。固溶体Sr2-xBaxMg0.5Zn0.5Si2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+同样能够紫外光329nm有效激发，同时发射蓝紫光、绿光和红光，值得一提的是，绿光发射为450-550nm的宽带，此宽带是由Eu2+和Tb3+的发射叠加而成，Eu2+来源于Eu3+在基质Ba2Mg0.5Zn0.5Si2O7中发生的自还原反应。通过调整Ce3+、Tb3+、Eu3+的掺杂浓度，可以调整荧光粉Sr2-xBaxMg0.5Zn0.5Si2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+的发光颜色。因此，固溶体M2Mg0.5Zn0.5Si2O7∶Ce3+，Tb3+，Eu3+荧光粉在紫外激发的白光LED用荧光粉方面存在潜在应用。
　　3.Ba2Zn1-xMgxSi2O7∶Ce3+，Eu3+的合成与发光性质
　　固溶体Ba2Zn1-xMgxSi2O7∶0.03Eu3+荧光粉可被紫外光有效激发，同时发射500nm绿光和590nm、610nm红光，红绿光分别源自Eu3+和Eu2+的特征发射，通过调整Mg2+/Zn2+的比值，可以调节红绿发射强度，这可能是因为Mg2+的掺杂能够影响Eu3+的自还原反应程度，从而影响红绿发射。Ba1.97Zn0.9Mg0.1Si2O7∶0.03Eu3+和荧光粉Ba1.97ZnSi2O7∶0.03Eu3+在380nm的激发下，色坐标已经白光区。通过Ce3+的共掺，发现固溶体Ba1.97Zn1-xMgxSi2O7∶0.03Eu3+荧光粉在紫外光330nm的激发下能够有效的发射Ce3+的蓝紫光，Eu2+的绿光以及Eu3+的红光。且随着Ce3+掺杂浓度的增大，荧光粉的颜色有蓝绿区依次移动到红光区，其中荧光粉Ba1.96ZnSi2O7∶0.03Eu3+，0.01Ce3+在330nm的激发下，色坐标值已经接近理想白光(0.33，0.33)。因此，Ba2ZnSi2O7∶0.03Eu3+，0.01Ce3+荧光粉可适用于紫外激发的白光LED。
　　4.BaY2-xAlxS4∶0.5％Eu2+荧光粉的合成与发光性质
　　采用高温固相法合成了BaY2-xAlxS4∶0.5％Eu2+固溶体荧光粉，在紫外光的有效激发下，BaY2S4∶0.5％Eu2+和BaAl2S4∶0.5％Eu2+荧光粉可分别在在612nm和503nm处产生宽带发射。研究表明，随着Al3+浓度的增加，荧光粉在612nm处的发光强度逐渐降低，而在480nm处的发光强度则逐渐增强，通过调整Y3+和Al3+的掺杂浓度比，可以调控荧光粉BaY2-xAlxS4∶0.5％Eu2+的光谱性质。当0.4≤x≤0.8时，荧光粉在383nm的激发下，可在503nm和612nm处产生绿、红两个宽带发射，当用475nm蓝光激发时，可产生红光发射。所以合成的BaY2-xAlxS4∶0.5％Eu2+固溶体荧光粉是一种典型的双激发双发射荧光粉。

目录

摘要

1．绪论

1．1 白光LED

1．1．1 LED发光的基本原理

1．1．2 白光LED的发展

1．1．3 白光LED的应用及其优势

1．1．4 白光LED的实现方式

1．2 单基白光LED用荧光粉的研究现状

1．2．1 硅酸盐体系

1．2．2 磷酸盐体系

1．2．3 硼酸盐体系

1．2．4 其他基质体系

1．2．5 单基白光荧光粉研究的发展趋势

1．3 荧光粉的发光与能量传递机理

1．4 本论文要解决的主要问题

2．Sr2Mg1-xZnxSi2O7：Ce3+，Tb3+，Eu3+荧光粉的合成与光谱性质

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验主要仪器设备

2．1．3 实验过程

2．1．4 实验表征

2．2 结果与讨论

2．2．1 物相分析

2．2．2 荧光光谱

2．3 结论

3．M2Mg0．5Zn0．5Si2O7：Ce3+，Tb3+，Eu3+(M=Ca，Sr，Ba)荧光粉的合成与光谱性质

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验主要仪器及设备

3．1．3 实验过程

3．1．4 实验表征

3．2 结果与讨论

3．2．1 Sr2-xCaxMg0．5Zn0．5Si2O7：Ce3+，Tb3+，Eu3+的光谱性质

3．2．2 Sr2-xBaxMg0．5Zn0．5Si2O7：Ce3+，Tb3+，Eu3+的光谱性质

3．3 结论

4．Ba2Zn1-xMgxSi2O7：Ce3+，Eu3+的合成与光谱性质

4．1 实验部分

4．1．1 实验试剂

4．1．2 实验主要仪器及设备

4．1．3 实验过程

4．1．4 实验表征

4．2 结果与讨论

4．2．1 Ba2ZnSi2O7：Ce3+／Tb3+／Eu3+的光谱性质

4．2．2 Ba2Zn1-xMgxSi2O7：xEu3+的物相分析及光谱性质

4．2．3 Ba2Zn1-xMgxSi2O7：0．03Eu3+，yCe3+的光谱分析

4．2．4 Ba2ZnSi2O7：0．03Eu3+，yCe3+的光谱分析

4．3 结论

5．BaY2-xAlxS4：Eu2+荧光粉的合成与光谱性质

5．1 实验部分

5．1．1 实验试剂

5．1．2 实验主要仪器及设备

5．1．3 实验过程

5．1．4 实验表征

5．2 结果与讨论

5．2．1 物相分析

5．2．2 BaY2S4：Eu和BaAl2S4：Eu的光谱性质

5．2．3 BaY2-xAlxS4：0．5％Eu2+的发光性质

5．3 结论

结论与展望

参考文献

附录

致谢

声明