应用于白光LED的铝基发光材料的制备与发光性能研究

摘要

与传统光源相比，LED具有节能、高效、体积小、寿命长、响应速度快、驱动电压低以及抗震动等优点，被誉为第四代绿色照明光源。目前，应用于白光LED的荧光粉主要采用固相烧结法制备，制备过程中需要高温烧结和长时间热处理。一方面，固相烧结能耗居高；另一方面，产物严重烧结成粗大颗粒或者密实块体，需要经过球磨粉碎成尺寸不均、形状不规则的细小颗粒，过筛分选后使用。在这些后期处理过程中，常常会引入一些杂质，对荧光粉造成污染，削弱了其发光性能和耐久性能。
　　本研究主要内容包括：⑴采用环氧丙烷驱动的快速溶胶-凝胶法制备出非晶态Al2O3微球前驱体，随后在NH3气氛中氮化还原，制得高纯度、高结晶度、形貌规整、粒径可调的单分散AlN微球。在此基础上，延伸制备出280 nm紫外光激发产生605 nm红光发射的AlN:Mn2+微球、365 nm紫外光激发产生520nm绿光发射的SrAl2O4:Eu2+笼形微球、330 nm紫外光激发产生440 nm蓝光发射的CaAl2O4:Eu2+微球以及326 nm紫外光激发产生651 nm红光发射的 Sr2MgAl22O36:Mn4+微球。其中， SrAl2O4:Eu2+绿色笼形荧光微球与 CaAl2O4:Eu2+蓝色荧光微球具有优异的发光性能，内量子效率分别高达94.94%和92.64%；Sr2MgAl22O36:Mn4+红色荧光微球的内量子效率达到24.91%。结合XRD、SEM、TEM、FTIR以及PL等测试方法对前驱体的制备及热处理过程进行了系统研究，对不同实验条件下所得产物的物相结构、微观形貌及发光性能进行了分析。重点研究了 AlN微球形成机理，SrAl2O4:Eu2+笼形微球结构形成机理和发光增强机制，Ca2+不同程度取代Sr2+对CaxSr1-xAl2O4:Eu2+微球发光性能的影响，并探索了热处理制度和发光中心离子掺杂浓度对荧光微球发光性能的影响。⑵采用沉淀法制备Al3+的尿素配合物前驱体Al[OC(NH2)2]6Cl3，随后经NH3气氛氮化还原，于800℃的相对低温下制得AlN纳米晶体。以AlN纳米晶体为基础，采用共沉淀法引入 Ca2+和发光中心离子，并以纳米 Si3N4为核进行包覆。所得前驱体经由NH3气氛氮化还原后，于1000℃的相对低温下制备出303 nm紫外光激发产生500 nm绿光发射的Ca2AlSi3O2N5:Eu2+荧光粉，280 nm紫外光激发产生630 nm红光发射的Ca2AlSi3O2N5:Mn2+荧光粉以及303 nm紫外光激发产生650 nm红光发射的Ca2AlSi3O2N5:Sm3+荧光粉。对金属阳离子的尿素配合物前驱体、Ca2AlSi3O2N5:Eu2+、Ca2AlSi3O2N5:Mn2+以及Ca2AlSi3O2N5:Sm3+进行了XRD、SEM、TEM和PL等多种表征，分析了不同实验条件下所得产物的物相结构、微观形貌及发光性能。研究了AlN纳米晶体在相对低温条件下的形成机理，并探索了热处理制度及发光中心掺杂浓度对 Ca2AlSi3O2N5:Sm3+荧光粉物相结构、微观形貌和发光性能的影响。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 LED照明简介

1.3 紫外光激发荧光粉的研究现状

1.4 氮（氧）化物荧光粉的研究现状

1.5 铝酸盐荧光粉的研究现状

1.6 过渡金属离子的发光特性

1.7 稀土离子的发光特性

1.8 荧光粉的制备方法

1.9 本课题的提出与研究内容

第二章 实验与测试技术

2.1实验试剂与仪器

2.2 AlN微球的制备

2.3 AlN:Mn2+微球的制备

2.4 SrAl2O4:Eu2+绿色笼形荧光微球的制备

2.5 CaAl2O4:Eu2+蓝色荧光微球的制备

2.6 Sr2MgAl22O36:Mn4+红色荧光微球的制备

2.7 AlN纳米晶体的制备

2.8 Ca2AlSi3O2N5:Sm3+荧光粉的制备

2.9 产物的物相结构和性能表征手段

第三章 AlN:Mn2+微球的制备与发光性能研究

3.1 前言

3.2 AlN微球形成机理

3.3 热处理温度对AlN微球微观结构的影响

3.4 热处理时间对AlN微球微观结构的影响

3.5 水浴温度对AlN微球微观结构的影响

3.6 AlN:Mn2+微球的发光机理

3.7 热处理温度对AlN:Mn2+微球微观结构与发光性能的影响

3.8 热处理时间对AlN:Mn2+微球微观结构与发光性能的影响

3.9 升温速率对AlN:Mn2+微球微观结构与发光性能的影响

3.10 Mn2+掺杂浓度对AlN:Mn2+微球微观结构与发光性能的影响

3.11 水浴温度对AlN:Mn2+微球微观结构与发光性能的影响

3.12 本章小结

第四章 具有优异发光量子效率的铝酸盐荧光微球的制备与发光性能研究

4.1 前言

4.2 SrAl2O4:Eu2+绿色笼形荧光微球的制备与发光性能研究

4.3 CaAl2O4:Eu2+蓝色荧光微球的制备与发光性能研究

4.4 Sr2MgAl22O36:Mn4+红色荧光微球的制备与发光性能研究

4.5 本章小结

第五章 AlN纳米晶体的低温制备工艺研究

5.1 前言

5.2 AlN纳米晶体的制备

5.3 热处理温度对AlN纳米晶体微观结构的影响

5.4 热处理时间对AlN纳米晶体微观结构的影响

5.5 升温速率对AlN纳米晶体微观结构的影响

5.6 Eu2+掺杂浓度对AlN纳米晶体微观结构的影响

5.7 本章小结

第六章 Ca2AlSi3O2N5:X（X=Mn、Eu、Sm）荧光粉的制备与发光性能研究

6.1 前言

6.2 Ca2AlSi3O2N5:X（X=Mn、Eu、Sm）荧光粉的制备

6.3 热处理温度对Ca2AlSi3O2N5:Sm3+荧光粉结构与性能的影响

6.4 热处理时间对Ca2AlSi3O2N5:Sm3+荧光粉结构与性能的影响

6.5 Sm3+掺杂浓度对Ca2AlSi3O2N5:Sm3+荧光粉结构与性能的影响

6.6 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果