静电纺丝制备白光LED用氮化物/氧化物荧光纤维薄膜

摘要

白光LED具有能耗低、效率高、寿命长和绿色环保等优势,一直受到国内外研究者的关注。目前,荧光转换型LED是白光LED的主流实现方式。对于荧光转换型白光LED来说,荧光粉层的光学性能是影响整个器件光学性能的主要因素,直接决定着白光LED的色温、显色指数,发光效率和使用寿命等重要参数。改善提高荧光粉层光学性能的有效途径主要包括:高性能荧光材料的开发,荧光粉封装工艺的改进和荧光粉层的二次光学设计。本文围绕上述三个方面,采用静电纺丝技术结合氨气气相还原的方法制备了能够直接应用于白光LED封装的氮化物、氧氮化物荧光纤维薄膜,尝试通过改变静电纺丝的接收装置调控薄膜中纤维的排布结构,并探索了排布结构对光学性能的影响。具体开展的研究工作如下:
　　 采用静电纺丝结合氨气气相还原制备了A1N∶Eu2+纳米纤维和微米带。利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、荧光光谱(PL)对所得样品进行了表征。XRD结果表明前驱体纤维在1400℃,保温9h能够得到结晶性能良好的六方纤锌矿结构的氮化铝纤维。FE-SEM照片表明通过调节前驱体溶液中PVP的含量可以实现样品形貌从纤维到微米带的调控。同时样品在宏观上仍保持了薄膜状。PL光谱表明Si4+的共掺杂使得A1N∶Eu2+的发射峰发生了蓝移。y3+的共掺杂促进了氮化反应中的液相辅助反应,提高了气相还原制备的A1N∶Eu2+的发光性能。最后利用同轴静电纺丝制备了表层A1N∶Eu2+富集的纳米纤维,探索了同轴纺丝内外层推速对产物物相和发光性能的影响。
　　 采用静电纺丝结合氨气气相还原方法分别制备了La3Si8O4N11:Ce3+和La3Si8O4N11:Sm3+的纳米纤维。利用FE-SEM、XRD、热重分析(TGA)、PL、能量色散X射线(EDS)对样品进行了表征。通过调节前驱体溶液中PVP(K-30)的含量能够实现所得一维纳米结构由纳米纤维到微米带的转变。Sm3+和Ce3+掺杂没有引起La3Si8O4N11物相的转变,而Sm3+会引起La3Si8O4N1晶胞体积的减小。Ce3+掺杂的La3Si8O4N11纳米纤维的荧光衰减曲线为双衰减曲线,衰减寿命分别为:8.27和31.72ns,进一步证明了Ce3+在基体中取代的是La3+的位置。在343nm附近紫外光的激发下,Ce3+掺杂的La3Si8O4N11纳米纤维在450nm附近呈现出一个宽发射峰;而Sm3+掺杂的La3Si8O4N11纳米纤维在409nm的近紫外光的激发下在575nm、600nm、610nm和650nm处存在四个尖锐发射峰,其中600nm处的发射峰最强,发射出橘红光。Sm3+掺杂的La3Si8O4N11进一步丰富了白光LED用荧光粉体系,有望应用于不同色品质(冷、暖)的白光LED灯中。
　　 通过导电模板法静电纺丝和转轴静电纺丝分别制备了La-Si-O两种有序排布的纤维薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、光学轮廓仪和紫外-可见光透过光谱对样品进行了表征。以金属网为接受基板得到的La-Si-O纤维薄膜中纤维在微观上呈现无序状态,而宏观上则富集在金属网基板的经纬线交点上,形成有序的阵列。探索了不同纺丝收集时间和金属网基板目数对所得纤维薄膜富集状态和透光性能的影响。当收集时间较短,薄膜较薄时,100目金属网得到的纤维薄膜的紫外-可见光透过率较高;收集时间较长,薄膜厚度较厚时,60目金属网得到的纤维薄膜的紫外可见光透过率更高。而利用转轴静电纺丝制备的La-Si-O/PVP复合有序纤维薄膜,纤维的有序程度受到卷绕筒转速,前驱体溶液中无机盐含量的影响。纤维的有序程度随着卷绕筒转速的增长而提高。而随着前驱体溶液中无机盐的含量的增加,纤维的有序程度呈现先提高后降低的趋势。利用多步转轴静电纺丝的方法可以得到编织结构状的纤维薄膜。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 白光LED概述

1．2．1 发光二极管的发展

1．2．2 白光LED的实现方式

1．3 荧光转换型白光LED的研究现状

1．3．1 白光LED用荧光粉体系概述

1．3．2 氮化物和氧氮化物体系荧光粉

1．4 白光LED用荧光粉体的封装工艺

1．5 静电纺丝技术

1．5．1 静电纺丝机理

1．5．2 静电纺丝制备有序排布纳米纤维

1．5．3 静电纺丝制备纳米荧光纤维膜

1．6 论文的研究意义和主要内容

1．6．1 论文的研究意义

1．6．2 论文的主要内容

第二章 AlN：Eu2+纳米纤维和微米带的静电纺丝制备及性能

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验过程

2．2．4 表征技术

2．3 结果与讨论

2．3．1 Y3+共掺杂的AlN：Eu2+和Si4+共掺杂的AlN：Eu2+的样品的性能分析

2．3．2 同轴静电纺丝制备SiO2@AlN：Eu2+纳米纤维的探索

2．4 本章小结

第三章 La3Si8O4N11：Ln(Ln=Ce3+，Sm3+)纳米纤维微米带的静电纺制备及性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验过程

3．2．4 表征技术

3．3 结果与讨论

3．3．1 前驱体溶液配比对电纺纤维的影响

3．3．2 初生纤维的热失重分析

3．3．3 样品的物相分析

3．3．4 样品的形貌分析

3．3．5 La3Si8O4N11：Ln(Ln=Ce3+，Sm3+)的发光性能分析

3．4 本章小结

第四章 有序分布的La3Si8O4N11：Ce3+纳米纤维薄膜的静电纺丝制备及性能的初步探索

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验过程

4．2．4 表征技术

4．3 结果与讨论

4．3．1 模板法静电纺丝制备La-Si-O宏观有序纤维薄膜

4．3．2 转轴静电纺丝制备La-Si-O／PVP复合的有序纤维薄膜

4．4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

硕士期间所撰写的论文及申请的专利

致谢