LED新型人工光合光源用红光微晶生长与形貌调控

摘要

LED作为一种新型人工光源其应用呈快速发展态势，具有主波长为660 nm发射的材料和器件所发出的红光作为人工光源中最重要的光质之一。其中广泛使用的一类发光材料，特别是稀土Eu2+掺杂CaS红光材料，由于具有宽带发射光谱及有效的成本控制，为新型人工补光光源提供了新的选择。此外，还包括使用成本高昂的金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长的AlGaInP红光芯片。
　　本文探索了一种微波辅助的溶剂热方法生长Eu2+掺杂CaS红光微晶的合成路线，基于非均质体系介电特性的差异所导致的晶核形成及长大呈现特殊性，观察到明显的CaS∶Eu2+微晶的660 nm红移现象，获得的主要成果如下:
　　1.采用微波溶剂热法成功制备了蓝绿光激发的具有特征发射波长为660 nm红光的(Ca，Mg)S∶Mn2+，Eu2+微晶，该制备条件相比高温固相法获得的荧光微晶，观察到微波场作用下晶粒的新的生长规律及其红移现象。研究了Mn2+离子和Mg2+离子对Eu2+离子红光发射的影响以及不同Mg2+离子浓度掺杂下发光与形貌之间的关系，认为Mg2+浓度改变时，微波场的作用抑制了单颗晶粒的形核长大。这些小晶粒的大量晶界、晶界的表面原子重组以及晶界应力导致聚集在Eu2+周围的作用力被加强，进而导致红移。同时，通过SEM观察结果，在不考虑微晶缺陷条件下，提出了该微晶的完整生长模式图。
　　2.通过改变外界条件研究外界环境对微晶形貌的影响，初步考察了不同反应时间、溶剂组成和表面活性剂对制备的纳米尺度微晶形貌和发光的影响。在微波场作用下，水溶液中加入乙醇后会降低Ca2+和S2-在乙醇和水混合溶液中的溶解度，有利于形成纳米尺度晶核，最终导致微米尺度晶体的生成。在晶核形成长大过程中，醇基能阻止非架桥羟基与颗粒的表面及氢键连接，形成硬团聚。同时，由于醇基所具有的空间位阻效应可以大大减少颗粒间碰撞的几率。正是微波介电场和乙醇的相互作用促使形成分散较好的纳米尺度的微米颗粒。
　　3.提出了小尺寸CaS基质晶粒晶界应变对Eu2+晶体场影响所导致的发射峰的红移机制。Mg2+离子的共掺强化了这一小尺寸效应。在微晶的生长过程中，其局域应力分布可能是不均匀的，因此，在同一样品中的不同晶粒所产生的应变不是完全相同的，表现在PL发射上时也就是发射峰位的移动。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 与绿色植物生长有关的基础理论

1．1．1 绿色植物生长的理论基础

1．1．2 绿色植物生长的光质需求

1．2 LED新型人工补光光源

1．3 稀土掺杂硫化物的国内外研究现状

1．4 微／纳米发光材料的制备方法

1．4．1 高温固相法

1．4．2 溶胶-凝胶法

1．4．3 水热法

1．4．4 溶剂热法

1．4．5 微波水热／溶剂热法

1．5 结晶学基础

1．5．1 晶体的形成

1．5．2 晶体生长习性

1．5．3 影响纳米晶体的形貌的因素

1．6 本论文的研究内容

第二章 高温固相与微波溶剂热合成CaS∶Eu2+微晶

2．1 引言

2．2 样品的制备及表征

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 CaS∶Eu2+微晶结构分析

2．3．2 CaS∶Eu2+微观形貌观察分析

2．3．3 CaS∶Eu2+荧光特性分析

2．3．4 CaS∶Eu2+热稳定性分析

2．4 小结

第三章 微波溶剂热生长稀土掺杂硫化钙微晶及其红移现象

3．1 引言

3．2 样品的制备及表征

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 (Ca，Mg)S∶Mn2+，Eu2+微晶荧光性能分析

3．3．2 (Ca，Mg)S∶Mn2+，Eu2+微晶物质组成和形貌特征

3．3．3 (Ca，Mg)S∶Mn2+，Eu2+微晶生长模型及红移机制分析

3．4 小结

第四章 (Ca，Mg)S∶Mn2+，Eu2+微晶的形貌调控

4．1 引言

4．2 样品的制备及表征

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 反应时间对产物结构和形貌的影响

4．3．2 溶剂对产物结构和形貌的影响

4．3．3 表明活性剂(CTAB)对产物形貌和发光的影响

4．4 小结

第五章 稀土Eu2+掺杂CaS纳米微晶的晶界应变红移机制

5．1 引言

5．2 稀土Eu2+离子发光特性

5．3 晶体场理论

5．4 稀土Eu2+掺杂CaS结构及应变红移机制

5．5 小结

第六章 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢