通过化学结构单元替换制备新型磷酸盐荧光粉

摘要

I 目前，实现白光 LEDs的主要方式是将 LED 芯片和荧光粉组合。良好的发光性能和热稳定性对于荧光粉的实际应用来说又是必不可少的。近些年来，人们在设计并发现用于固态照明的新型 LED 荧光粉方面做了许多努力，提出了许多新的策略。化学结构单元替换便是其中一个重要策略。通过取代对已知化合物进行结构修饰可以调谐和优化其光致发光及其他性能。本文以已知的3 种 Eu2+掺杂的荧光粉Sr4.95(PO4)3F: 0.05Eu2+，Ca1.98(BO3)Cl: 0.02Eu2+，Ba2.97(PO4)2: 0.03Eu2+为原型，通过化学单元等价取代改变其化学组成，使激活离子的配位环境发生改变从而改变原荧光粉的发光性能。 论文第一章主要是对LED及荧光粉的发展历史、应用现状、存在的问题及前景等方面做了扼要的介绍。同时，为论文研究课题的实验思路和理论方面提供了依据。 论文的第二章主要介绍了样品的制备过程以及在制备和表征过程中用到的相关原料和仪器。 论文的第三章通过高温固相法合成了一系列Sr4.95(PO4)3X: 0.05Eu2+(X=F，Cl，Br)荧光粉，通过XRD可知所制得的样品均为纯相。本章详细研究了通过卤素离子取代后荧光粉的发射光谱及热稳定性的变化规律，深入研究了荧光粉热稳定性发生变化的原因。通过比较这一系列荧光粉，可以发现 Sr4.95(PO4)3Br: 0.05Eu2+荧光粉的发光性能和热稳定性能都是很好的。对Sr5(1-x)(PO4)3Br: 5xEu2+(x= 0.005，0.01，0.02，0.03，0.04)荧光粉的晶体结构和发光性能作了进一步研究，该荧光粉的Eu2+离子的最佳掺杂浓度为 2.0mol%，浓度猝灭机理可以用四极-四极相互作用来解释。所有数据表明，Sr5(1-x)(PO4)3Br: 5xEu2+荧光粉具有良好的热稳定性,较高的色纯度和色稳定性,在白光LED中的应用方面具有很大潜力。 论文的第四章通过传统高温固相法在 850℃还原气氛下合成了一系列Ca1.98(BO3)1-x(PO4)xCl: 0.02Eu2+(x=0，0.05，0.10，0.15，0.20，1)荧光粉。通过化学单元取代策略用[PO4]3-阴离子多面体逐渐取代[BO3]3-阴离子多面体，改变了 Eu2+周围的晶体场环境，化合物中同时存在4个Ca位点，从而使得荧光粉的发光颜色发生改变。基于这一性质，我们通过改变[PO4]3-阴离子多面体的取代量，成功实现了发光颜色从黄色到白色最终到蓝色的调控。当 x=0.10 时，我们实现了Ca1.98(BO3)0.9(PO4)0.1Cl: 0.02Eu2+荧光粉的单一基质白光发射。在此荧光粉中，只需掺杂Eu2+而不需要掺杂其他激活离子，避免了多种激活离子之间的能量损失。此外，我们还研究了取代之后荧光粉的热稳定性变化，并通过计算活化能 Ea来对荧光粉热稳定性的变化进行了解释。结果表明，Ca1.98(BO3)1-x(PO4)xCl: 0.02Eu2+(x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,1)荧光粉在白光LED中具有潜在的应用价值。 论文的第五章用传统高温固相法在 900℃还原气氛下合成了Ba3-2xLaxNax(PO4)2: Eu2+/Eu3+和Ba3-2xYxLix(PO4)2: Eu2+/Eu3+两个系列的荧光粉。通过化学单元取代策略分别用[La3+,Na+]离子对和[Y3+,Li+]离子对取代Ba2.97(PO4)2: 0.03Eu2+中的[Ba2+,Ba2+]离子对，为Eu3+提供了位点，使得Eu2+和Eu3+同时存在。通过调节取代的量来调节Eu2+/Eu3+的比例来达到光谱调控的目的。其中在Ba3-2xLaxNax(PO4)2: Eu2+/Eu3+荧光粉体系中发光颜色实现了由蓝紫色到红色的调控，中间没有经过白光区域。在Ba3-2xYxLix(PO4)2: Eu2+/Eu3+体系中，实现了荧光粉的发光颜色由蓝紫色到红色的变化，中间经过白光区域。同时我们也对取代之后荧光粉热稳定性的变化趋势进行了研究，结果表明，经过取代之后的样品的热稳定性要略好于取代之前。

目录

第一个书签之前