白光LED用红色荧光粉M2P2O7:Eu3+(M=Ba,Sr,Ca)的制备及其发光性能研究

摘要

白光发光二极管(White Light Emitting Diode,简称WLED)具有节能、环保、高效和寿命长等优点,被誉为二十一世纪的绿色光源,得到了世界各国的广泛关注。实现白光LED的主要途径有多量子阱型、多色组合型及荧光转换型3种方式。其中使用荧光粉与LED芯片组合实现白光的工艺相对简单,成为当今新型固态照明的主流方案,因此荧光粉的研究和开发是制备高质量白光LED的基础。其中,红粉由于发光效率低、稳定性差,难以满足三基色荧光粉的要求,因此白光LED用红色荧光材料的研究与新体系探索已成为发光材料领域的前沿课题。
　　磷酸盐是一类十分稳定的化合物,可用作稀土发光材料的基质,具有合成温度低、物理化学性质稳定、发光亮度高等优点。磷酸盐的制备常采用传统的高温固相法,这种方法合成的样品亮度高,但颗粒尺寸过大需要进行二次球磨,经球磨后的粉体发光亮度衰减严重。溶液燃烧法(Solution Combustion Synthesis)工艺简单,操作方便,是一种很有前景的湿化学合成方法。
　　本文采用溶液燃烧合成技术制备了WLED红色荧光粉M2P2O7(M=Ba,Sr,Ca):Eu3+。采用X射线粉末衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope,FSEM)、荧光分光光度计分别对荧光粉样品的晶体结构、微观形貌和光谱特性进行测试和分析。通过系统研究,取得如下研究成果:
　　以尿素作为还原剂,采用溶液燃烧法合成出α-Sr2P2O7:Eu3+红色荧光粉。在394nm激发下,该荧光粉的5D0→7F1(588/593nm)辐射跃迁最强,5D0→7F2(612nm)处稍弱,为Eu3+的特征发射。α-Sr2P2O7:Eu3+荧光粉中Eu3+的最佳掺杂量即猝灭浓度为0.05。其浓度猝灭机制为电四极-电四极(q-q)相互作用。
　　研究了系列M1.95P2O7:0.05Eu3+(M=Ba,Sr,Ca)红色荧光粉的发光性能。M2P2O7(M=Ba,Sr,Ca)的激发峰和发射峰的位置基本相同,不同于α-Sr2P2O7:Eu3+,M1.95P2O7:0.05 Eu3+(M=Ba,Ca)荧光粉中Eu3+的5D0→7F2(612nm)辐射跃迁最强,为红光发射,Eu3+在基质中主要占据非反演对称中心格位。在394nm激发下,M1.95P2O7:0.05Eu3+(M=Ba,Sr,Ca)的色度坐标分别为(0.35,0.21)、(0.24,0.15)、(0.35,0.21)。这三种荧光粉均能被394nm紫外光和464nm蓝光有效激发,发射红光或橙红光。
　　以H3BO3作为助熔剂,采用溶液燃烧法合成了Ca1.90P2O7:0.05Eu3+红色荧光粉。适量H3BO3的加入可以显著改善样品的形貌且H3BO3对Eu3+的5D0→7F2跃迁发射有明显的提高作用。
　　电荷补偿剂(Li+,Na+,K+)的加入可以显著提高荧光粉的发光效率。其中Na+作为电荷补偿剂效果最佳。Ca1.90P2O7:0.05Eu3+,0.05Na+荧光粉在近紫外394nm和蓝光464nm能够得到有效激发,是一种适宜于白光LED用的红色荧光粉。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 白光LED实现途径

1.3 白光LED用红色荧光粉的研究进展

1.4 白光LED用荧光粉的制备方法

1.5 本课题的意义及研究内容

2 溶液燃烧合成α-Sr2P2O7:Eu3+荧光粉及其发光性能研究

2.1 引言

2.2 实验

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 M1.95P2O7:0.05Eu3+(M=Ba,Sr,Ca)荧光粉的制备及其发光性

3.1 引言

3.2 实验过程与样品表征

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 助熔剂和电荷补偿剂对Ca1.95P2O7:0.05Eu3+荧光粉发光性能

4.1 引言

4.2 实验过程与样品表征

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间获得的奖励