稀土离子掺杂的Ba-Al-Si-O-N:Eu2+氮氧化物绿色荧光粉的制备与发光性能研究

摘要

白光 LED具有发光效率高，使用寿命长，节能环保等诸多优点，被誉为第四代绿色环保照明光源。现有的绿色荧光粉体系如硫酸盐、铝酸盐和磷酸盐等，热稳定性普遍较差，致使 LED器件的显色性差、使用寿命短，难以满足实际应用的需求。稀土掺杂的氮氧化物荧光粉因具有高的发光效率，良好的热稳定性和化学稳定性而备受瞩目，但其制备条件苛刻，对设备要求严格，限制了其大规模生产应用。针对氮氧化物制备难的问题，本论文探索研究氮氧化物常压下的制备技术，成功合成了系列Eu2+激活的氮氧化物Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Y,Gd,La,Lu)绿色荧光粉，系统研究了制备工艺、不同稀土离子掺杂对氮氧化物荧光粉结构和发光性能的影响。主要研究工作和结果如下：
　　（1）在BaAl1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+x样品中，随着Eu2+离子浓度增加，荧光粉的发光强度先上升后下降，最佳掺杂浓度为5mol％。样品在260-470 nm的波长范围内均能被有效激发，与紫外和蓝光LED芯片位置匹配；荧光粉在470-600 nm范围内有较强发光，发射主峰位于510nm处，色坐标为(0.2752,0.6158)。
　　（2）研究了合成条件对Ba0.95YxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉物相和发光的影响。煅烧温度为1100℃时，生成产物以Ba2SiO4相为主，随着温度的升高，产物中逐渐出现BaAl2O4相。发光强度随着温度的升高先增强后降低，最佳煅烧温度为1200℃。在荧光粉制备过程中，保温时间对荧光粉发光强度有显著影响，最佳保温时间为6小时。制备氮氧化物绿色荧光粉的关键在于选择适当的还原条件，实验表明氨气适合作为该体系还原气氛。添加适当的助熔剂有利于提高Ba0.95YxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05样品的发光强度，结果表明添加摩尔分数为2%的BaF2效果最好。
　　（3）为优化荧光粉的发光性能，提高基质材料的稳定性，在Ba0.95Al1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05样品基础之上通过部分Ln3+替换 Al3+制备了Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Y,Gd,La,Lu)系列荧光粉。Ln3+的掺杂没有改变原有主体晶体结构，样品均为六方晶系体心结构，且颗粒分布较为均匀，平均粒径在2-10μm。随Ln3+掺杂浓度的增加，荧光粉发光呈先增加后减小趋势，其中Y3+,Gd3+,La3+,Lu3+最佳掺杂浓度分别为30mol%、10mol%、20mol%、10mol%，与Ba0.95Al1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉相比，发光强度分别提高到了172%、156%、153%、168%。该系列荧光粉的寿命约为467.56ns，满足照明需求。当温度达到100℃时，Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Y,La,Gd,Lu)荧光粉仍然保持着较高的发光强度，其发光强度为室温时的75%以上，展现出了良好的热稳定性能。的Ba-Al-Si-O-N:Eu2+氮氧化物绿色荧光粉

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第一章 绪 论

1.1 白光LED用绿色荧光粉体系研究进展及现状

1.1.1 硫化物体系

1.1.2 硅酸盐体系

1.1.3 铝酸盐体系

1.1.4 硼酸盐体系

1.1.5 磷酸盐体系

1.1.6 硅基氮(氧)化物体系

1.2课题的研究意义及研究内容

1.2.1 研究意义

1.2.2 研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验原料、试剂与设备

2.2 样品的制备方法

2.2.1荧光粉的制备方法

2.2.2荧光粉制备工艺过程

2.3 样品的表征与性能分析

第三章 Y3+掺杂BaAl1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+荧光粉的制备和发光性能研究

3.1 BaAl1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+荧光粉的初步合成与制备工艺研究

3.1.1 BaAl1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+的荧光光谱图

3.1.2 BaAl1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+中最佳Eu2+掺杂浓度的确定

3.2 Y3+掺杂BaAl1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+荧光粉发光性能研究

3.2.1 Ba0.95YxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉的晶体结构

3.2.2 Ba0.95YxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉粉体的颗粒形貌

3.2.3 Ba0.95YxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉的荧光光谱

3.2.4 Ba0.95YxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉的色坐标

3.2.5 Ba0.95YxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉的量子效率及荧光寿命

3.2.6 Ba0.95YxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉的X射线光电子谱

3.3 合成Ba0.95Y0.3Al1.1Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉的工艺研究

3.3.1 煅烧温度对Ba0.95Y0.3Al1.1Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉发光强度的影响

3.3.2 保温时间对Ba0.95Y0.3Al1.1Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉发光强度的影响

3.3.3 不同气氛对Ba0.95Y0.3Al1.1Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉发光强度的影响

3.3.4 助熔剂对Ba0.95Y0.3Al1.1Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉发光强度的影响

3.4 本章小结

第四章 Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Gd, La , Lu) 荧光粉的制备和发光性能研究

4.1 Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Gd, La , Lu) 荧光粉的制备及发光性能研究

4.1.1 Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Gd, La , Lu)荧光粉的晶体结构

4.1.2 Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Gd, La, Lu) 粉体的颗粒形貌

4.1.3 Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05 (Ln=Gd, La , Lu) 荧光粉的荧光光谱

4.1.4 Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Gd, La, Lu) 荧光粉的色坐标

4.1.5 Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Y, Gd, La, Lu) 荧光粉的量子效率及荧光寿命

4.1.6 Ba0.95LnxAl1.4-xSi0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05 (Ln=Y, Gd, La, Lu) 荧光粉的热猝灭性能

4.2 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果