稀土掺杂钛酸锌红色荧光粉的制备及其发光性能的研究

摘要

随着白光LED在照明领域的持续发展及其市场潜力的不断增大，白光LED用荧光粉的制备及其性能研究越来越受到重视。能被紫外或蓝光有效激发的红色荧光粉的性能对白光LED的显色性有着直接影响，而目前商用的红色荧光粉普遍存在性能不稳定及发光效率低等缺陷，因此，研究制备高性能的红色荧光粉，提高所得白光LED的显色性，成为现在白光LED用荧光粉的研究热点。
　　本文采用溶胶-凝胶法制备了稀土掺杂钛酸锌红色荧光粉。通过催化剂的选择、稀土元素及其掺杂浓度、煅烧制度等多方面对荧光粉的结构及发光性能的影响进行了研究，探索了溶胶-凝胶法制备稀土掺杂钛酸锌荧光粉的制备路线和荧光增强方法。
　　制备了Zn1-xTiO3∶xEu3+荧光粉，研究了其结构和发光性能。X射线衍射分析表明样品均呈现六方相ZnTiO3，Eu3+离子已经成功进入了ZnTiO3的晶格中，且没有破坏ZnTiO3的晶格结构，六方相ZnTiO3在600～900℃能够稳定存在。荧光光谱分析发现该荧光粉能够被393nm和464nm波长的光有效激发，在615nm处产生红光发射，属于Eu3+离子的5D0→7F2跃迁。研究表明，当以HNO3作为催化剂，Eu3+离子掺杂浓度为2％，煅烧温度为700℃，保温时间为4h时，发光强度达到最大。且样品Zn0.98TiO3∶2％Eu3+的色坐标(x=0.673，y=0.327)具有更高的色纯度，比现在商用的两种红色荧光粉CaS∶Eu3+和Y2O2S∶Eu3+的色坐标更接近于国际照明协会NTSC三色坐标指定的红色坐标(x=0.670，y=0.330)。
　　制备了Zn1-xTiO3∶xPr3+荧光粉，研究了其结构和发光性能。XRD分析表明Pr3+的掺入促进了钛酸锌的相变，使其逐渐由六方相ZnTiO3转变为了立方相Zn2TiO4。荧光光谱分析发现该荧光粉能够被波长为328nm波长的光有效激发，在615nm处产生红光发射。研究表明，当Pr3+离子的掺杂浓度为0.3％时，样品的发光强度达到最大。镨掺杂钛酸锌荧光粉与铕掺杂钛酸锌荧光粉的发光性能比较可知，以Eu3+离子作为激活剂的红光发射强度远远大于Pr3+离子，约为以Pr3+离子作为激活剂的红光发射强度的20倍。故在以钛酸锌作为基质的稀土掺杂的红色荧光粉的制备中，Eu3+离子比Pr3+离子更适合作为激活剂。
　　添加碱金属离子Li+、Na+、K+对ZnTiO3∶Eu3+荧光粉进行电荷补偿，研究其荧光增强作用。XRD研究表明电荷补偿离子M+已经进入了ZnTiO3∶Eu3+的晶格中，且没有改变其晶格结构。荧光分析表明该荧光粉能够被393nm和464nm波长的光有效的激发，在615nm处产生红光发射。添加碱金属离子Li+、Na+、K+作为电荷补偿剂对ZnTiO3∶Eu3+荧光粉的发光强度均有不同程度的提高，其中添加Li+离子作为电荷补偿剂对ZnTiO3∶Eu3+荧光粉发光强度的提高最明显，约是其发光强度的1.9倍。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 白光LED概述

1．1．1 白光LED的研究与发展现状

1．1．2 白光LED的结构与发光机理

1．1．3 白光LED的实现方式

1．2 白光LED用荧光粉的简介

1．2．1 白光LED用荧光粉的要求

1．2．2 目前白光LED用荧光粉的不足

1．3 稀土掺杂的荧光粉

1．3．1 稀土掺杂红色荧光粉简介

1．3．2 稀土掺杂红色荧光粉的制备方法

1．4 钛酸盐体系红色荧光粉简介

1．4．1 钛酸锌基荧光粉简介

1．5 本课题的选题意义和研究内容

1．5．1 本课题的选题意义

1．5．2 本课题的研究内容

1．5．3 本课题研究的创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器及设备

2．3 测试和表征

第三章 钛酸锌粉体的制备及其结构研究

3．1 引言

3．2 实验流程

3．3 结果与讨论

3．3．1 前驱体热分析

3．3．2 X射线衍射分析

3．3．3 红外光谱分析

3．3．4 拉曼光谱分析

3．3．5 电镜和能谱分析

3．4 本章小结

第四章 铕掺杂钛酸锌红色荧光粉的制备及其性能研究

4．1 引言

4．2 实验流程

4．3 结果与讨论

4．3．1 热分析(TG-DSC)

4．3．2 样品ZnTiO3：Eu3+的XRD分析和荧光光谱分析

4．3．2 催化剂对ZnTiO3：Eu3+荧光粉的结构和发光性能的影响

4．3．3 Eu3+离子掺杂浓度对ZnTiO3：Eu3+荧光粉的结构和发光性能的影响

4．3．4 煅烧温度对ZnTiO3：Eu3+荧光粉的结构和发光性能的影响

4．3．5 煅烧保温时间对ZnTiO3：Eu3+荧光粉的结构和发光性能的影响

4．3．6 红外光谱分析

4．3．7 拉曼光谱分析

4．3．8 电镜和能谱分析

4．3．8 色度坐标(CIE)

4．3．9 荧光寿命

4．4 本章小结

第五章 镨掺杂钛酸锌红色荧光粉的制备及其性能的研究

5．1 引言

5．2 实验流程

5．3 结果与讨论

5．3．1 X射线衍射分析

5．3．2 荧光光谱分析

5．3．3 电镜分析

5．4 本章小结

第六章 ZnTiO3：Eu3+，M+(M=Li，Na，K)的制备及其发光性能的研究

6．1 引言

6．2 实验流程

6．3 结果与讨论

6．3．1 X射线衍射分析

6．3．2 荧光光谱分析

6．3．3 色度坐标(CIE)

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

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