用于近紫外LED的AMgSiO：Eu，Mn（A=Ca，Sr，Ba）荧光体的制备及光谱调控研究

摘要

本文研究了近紫外LED用荧光粉A3MgSi2O8(A=Ca,Sr,Ba):Eu2+,Mn2+的制备、晶体微结构、光谱特征及其在高显色指数WLED和植物生长固态光源方面的应用。本研究有如下四个方面的创新： 1.发现并论证了“单基质全谱荧光粉”Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+中505nm绿峰源自于中间相Ba2SiO4：Eu2+的本征发射。Ba2SiO4的产生被归因为高温煅烧下化学反应的热动力学平衡趋势。通过添加助熔剂NH4Cl有效地抑制了Ba2SiO4中间相的产生，并提高了目标相Ba3MgSi2O8的结晶程度。结论被推广到Ba3MgSi2O8:Eu2+和A3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+(A=Sr,Ca)。 2.发现了喷雾热解法制备Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+样品的流明增强效应。改变喷雾干燥的温度对荧光粉颗粒的大小没有影响，却对发光强度有影响。喷雾热解法的流明增强效应被归结于结晶度的提高、样品良好的紫外光吸收性质和光线导出效率。 3.在T.Aitasalo等给出的Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+晶体结构模型基础上，利用VanUitert经验公式计算得到了Eu2+在不同Ba2+格位上的电子跃迁能量，其结果和实验数据拟合分峰的结果较好地符合了。然而，Mcrwinite结构却被证明不适用于Ba3MgSi2O8。此外，Mn2+所处格位被证明是Ba2+格位，且BaII格位被取代的几率更大。 4.提出了BaxSryCazMgSi2O8:Eu2+,Mn2+(x+y+z=3)在两种功能固态光源方面的应用：一个是植物生长的功能固态光源；另一个是高显色指数白光的功能固态光源。共振能量传递现象普遍存在于BaxSryCazMgSi2O8:Eu2+，Mn2+(x+y+z=3)中。以Ba3MgSi2O8:0.02Eu2+,xMn2+为例，考察了Mn2+掺杂量的变化对发射谱及Eu2+和Mn2+之间能量传递的影响。能量传递的作用类型被证明是偶极一偶极相互作用。论证了Ba3MgSi2O8:0.02Eu2+,0.2Mn2+和Ba0.8Sr1.2SiO4:0.02Eu2+混粉实现高显色指数白光的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1半导体态固光源

1.1.1无机LED固态光源

1.1.2有机OLED固态光源

1.2近紫外LED芯片激发的WLED

1.3本论文的研究内容

第二章理论分析

2.1 WLED的光度学和色度学理论基础

2.1.1光度学基本概念

2.1.2色度学基本概念

2.1.3蓝光芯片和YAG:Ce3+的配色原理

2.2稀土Eu2+和过渡金属离子Mn2+在晶体场中的光谱性质

2.3荧光粉的光致发光性质

第三章实验部分

3.1高温固相方法制备

3.2喷雾热解方法制备

3.3表征方法

第四章A3MgSi2O8高温成相机理的讨论

4.1 A3MgSi2O8的热力学和相图

4.1.1基质Ba3MgSi2O8的TG-DTA分析

4.1.2 CaO-MgO-SiO体系的相图

4.2A2SiO4中间相的发现及其产生原因的探讨

4.2.1“单基质全谱荧光粉”Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+

4.2.2 Ba2SiO4:Eu2+中间相的发现及其产生机理的探讨

4.2.3助熔剂NH4Cl对Ba2SiO4:Eu2+中间相的抑制作用

4.2.4结论的推广

4.3助熔剂对A3MgSi2O8成相的影响

4.4小结

第五章喷雾热解制备方法的荧光增强效应

5.1喷雾热解荧光增强效应

5.2喷雾热解过程的优化

5.2.1干燥温度对发光强度的影响

5.2.2干燥温度对颗形貌的影响

5.3荧光增强效应的机理讨论

5.3.1结晶效果

5.3.2光学传递性质

5.4小结

第六章 A3MgSi2O8晶体微结构与光致发光的机理讨论

6.1 A3MgSi2O8的晶体学特征和微结构

6.1.1 Merwinite晶体结构

6.1.2最新的Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+晶体结构

6.2 Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+的光谱解析

6.2.1 Van Uitert公式对Eu2+发光的解析

6.2.2 Mn2+占据格位的分析

6.3小结

第七章 A3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+在功能固态光源方面的应用

7.1促进植物生长的功能固态光源

7.1.1 A3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+(A=Ca，Sr，Ba)的光谱特征和能量传递

7.1.2 Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+的光谱特征和共振能量传递

7.1.3普遍的共振能量传递现象

7.2高显色指数白光固态光源和可见日光全谱光源

7.3器件封装的尝试

7.4小结

第八章总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢