常压制备合成高纯氮化物荧光粉及其发光性质

摘要

氮化物荧光粉因其稳定的刚性结构及强共价性，具有优于传统荧光粉材料的物理化学稳定性及光转换效率，是目前最具有应用远景的荧光粉材料之一。然则高纯氮化物荧光粉的制备合成通常需要高温(1600-1800℃)，或高压(0.1-10 MPa)条件，反应物原料昂贵并且性能不稳定，设备要求以及实验条件苛刻等问题，极大地限制了它的推广应用。近年来围绕氮化物荧光粉的制备合成方法，研究人员从原料前驱体、制备合成工艺、合成设备等方面开展了一系列有意义的研究工作，包括常压条件下制备合成氮化物荧光粉。但由于常压条件下反应不完全，结晶性能较差，所以难以获得高纯相氮化物荧光粉。鉴于此，本学位论文探索常压条件下通过高温固相法和碳热还原法两种工艺制备合成高纯相氮化物荧光粉材料，并对其性能进行研究。获得的主要成果如下:
　　（一）常压下，由原料CaH2，AlN，Si3N4，EuF3，CeF3在相对较低温度1550℃条件下，通过高温固相法工艺合成了铕/铈掺杂CaAlSiN3基荧光粉，获得了材料的物相结构，荧光光谱，热稳定性，色度学等性能，并确定了Eu2+离子对Ce3+离子掺杂CaAlSiN3基荧光粉发光性能的影响，以及Ce3+-Eu2+之间的能量传递的关系。
　　（二）常压下，由原料CaH2，AlN，Si3N4，Eu2O3，C（石墨粉）在相对较低温度1550℃条件下，通过碳热还原氮化法工艺合成了铕掺杂CaAlSiN3基荧光粉，获得了石墨粉添加量对产物物相及发光性能的影响，固定最佳碳氧比例时铕的变化浓度与产物物相及发光性能之间的变动规律。
　　（三）针对常压下高温固相法和碳热还原法工艺制备合成CaAlSiN3基荧光粉材料存在AlN杂质相的问题，开展抑制AlN杂质相提升发光性能的研究工作。通过偏离AlN原料的化学计量比和添加助熔剂两种方案考察AlN杂质相的抑制和发光性能的改善情况。在常压下，优化AlN原料添加计量比和助熔剂，制备合成了高纯相、发光性能优良的氮化物荧光粉。
　　（四）常压下，由原料CaH2，Si3N4，EuF3在相对较低温度1550℃条件下，高温固相法工艺合成了铕掺杂Ca2Si5N8，CaSiN2基高纯氮化物荧光粉，并对其物相结构，荧光光谱性能，漫反射性能，热稳定性能等进行了表征和分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 荧光体转换型白光LED光源

1．2 白光LED用氮化物红色荧光粉的研究现状

1．2．1 M[LiAl3N4](M=Ca，Sr)基荧光粉

1．2．2 CaAlSiN3基荧光粉

1．2．3 M2Si5N8(M=Ca，Sr，Ba)基荧光粉

1．3 白光LED用氮化物红色荧光粉的制备方法

1．3．1 高温固相反应法

1．3．2 碳热还原氮化法

1．3．3 气相还原氮化法

1．3．4 有机盐还原法

1．3．5 自蔓延高温合成法

1．4 本论文的研究工作

第二章 常压高温固相合成CaAlSiN3荧光粉及其发光性质

2．1 实验过程

2．1．1 实验原料及设备

2．1．2 样品的制备与合成

2．1．3 样品的表征

2．2 常压高温固相合成CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉及其发光性质

2．2．1 CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的物相分析

2．2．2 CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的发光性能

2．2．3 CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的漫反射性能

2．2．4 CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的热稳定性能及色度学性能

2．3 常压高温固相法合成CaAlSiN3∶Ce3+／Eu2+荧光粉及其发光性质

2．3．1 实验流程图

2．3．2 CaAlSiN3∶Ce3+荧光粉的物相分析

2．3．3 CaAlSiN3∶Ce3+荧光粉的发光性能

2．3．4 CaAlSiN3∶Ce3+荧光粉的漫反射性能

2．3．5 铕离子浓度对Ca0．96AlSiN3∶0．04Ce3+荧光粉发光性能的影响

2．4 本章小结

第三章 常压碳热还原合成CaAlSiN3荧光粉及其发光性质

3．1 前言

3．2 实验过程

3．2．1 实验原料及设备

3．2．2 样品的制备与合成

3．2．3 样品的表征

3．3 常压碳热还原合成CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉及其发光性质

3．3．1 石墨粉添加量对CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉发光性能的影响

3．3．2 铕掺杂浓度对CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉物相及发光性能的影响

3．3．3 铕掺杂浓度对CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉漫反射性能的影响

3．3．4 铕掺杂浓度对CaAlSiN3∶Eu2炭光粉热稳定性能及色度学性能的影响

3．4 本章小结

第四章 常压合成的CaAlSiN3荧光粉中AlN杂质相的抑制

4．1 实验原料及设备

4．2 样品的制备与合成

4．3 样品的表征

4．4 CaAlSiN3∶Eu2荧光粉中AlN杂质相的抑制方法

4．4．1 助熔剂抑制AlN杂质相

4．4．2 AlN偏离计量比抑制AlN杂质相

4．5 本章小结

第五章 常压合成Ca2Si5N8／CaSiN2∶Eu2+荧光粉及其发光性质

5．1 前言

5．2 实验过程

5．2．1 实验原料及设备

5．2．2 样品制备与合成

5．2．3 样品的表征

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 常压合成Ca2Si5N8∶Eu2+荧光粉及其发光性质

5．3．2 常压合成CaSiN2∶Eu2+荧光粉及其发光性质

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢