白光LED用铝酸盐基红色荧光粉的制备及发光性能研究
本文关键词：白光LED用铝酸盐基红色荧光粉的制备及发光性能研究
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【摘要】：以铝酸盐作为基质的红色荧光粉由于具有良好的热稳定性、化学稳定性以及具有合成工艺简单等特点,因而在白光LED方面具有一定的应用前景。本文研究了Sr4Al14O25:M(M=Mn4+,Cr3+)、CaAl4O7:M(M=Mn4+,Cr3+,Sm3+)以及CaAl2O4:M(M= Cr3+,Eu3+,Sm3+)等红色荧光粉的制备工艺及发光性能。具体工作如下：(1)采用高温固相法制备了Sr4Al14O25:M(M=Mn4+,Cr3+)系红色荧光粉,在紫外光激发下(365nm),其主要发射峰位于651 nm处,属于Mn4+离子的2E→4A2跃迁过程,且色坐标位于深红色区域；共掺少量的Ge4+可以有效地提高材料发光强度,Ge4+的最佳掺杂量为0.5 mol.%,而共掺少量的Sm3+则会降低材料的发光强度。对于Sr4Al14O25:Cr3+荧光粉而言,其主要的发射峰位于690nm处,属于Cr3+离子的2E→4A2跃迁过程,其色坐标也处于深红色区域。此外,通过在Sr4Al14O25 :Cr3+中共掺一定量的Sm3+后可以有效提高材料的发光强度,Cr3+与Sm3+之间的能量传递的方式主要为辐射跃迁。(2)采用高温固相法合成了CaAl4O7:M(M=Mn4+,Cr3+,Sm3+)红色荧光粉。CaAl4O7:Mn4+荧光粉主要的激发峰位于332 nm及460 nm处,分别对应于Mn4+离子的4A2→4T1及4A2→4T2跃迁过程,其发射峰位于652 nm处；Mn4+最佳的掺杂浓度为0.05 mol.%；添加Na+、K+、Li+等电荷补偿剂均能提高材料的发光强度。此外,CaAl4O7:Cr3+主要的激发峰位于414 nm及564 nm处,发射峰位于690 nm处,Cr3+的最佳掺杂浓度为0.20 mol.%。研究还发现,CaAl4O7:Sm3+主要的激发峰位于362 nm、375 nm和404nm处,分别属于Sm3+的8H6/2→4F7/2、8H6/2→8P32和H6/2→4L13/2跃迁过程,而其发射峰主要位于564 nm、 599 nm和651 nm处,分别对应于Sm3+离子的4G6/2→8H6/2跃迁、4G6/2→8H7/2跃迁和4G6/2→8H8/2跃迁过程；Sm3+的最佳掺杂浓度为2.0 mol.%。 CaAl4O7:M(M=Mn4+,Cr3+)的色坐标处于深红色区域,而CaAl4O7:Sm3+则处于橙红色区域。(3)通过高温固相法合成了CaAl2O4:M(M=Cr3+,Eu3+,Sm3+)红色荧光粉。CaAl2O4:Cr3+主要的激发峰位于415 nm及563nm处,而发射峰位于690 nm处,Cr3+最佳的掺杂浓度为0.5mol.%,其色坐标位于深红色区域。而CaAl2O4:Sm3+主要的激发峰位于361 nm、374 nm、403 nm处,发射峰分别位于562nm、599 nm和645 nm处,Sm3+的最佳掺杂浓度为2.0 mol.%,色坐标位于橙红光区域。研究发现,CaAl2O4:Eu3+主要的发射峰位于574 nm(5D0→7F0)、585nm(5D0→7F1)和614nm(5D0→7F2)处,Eu3+的最佳掺杂浓度为10 mol.%,色坐标位于红色区域。
【关键词】：白光LED 铝酸盐 红色荧光粉 过渡族元素 稀土元素
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN312.8;TQ422
【目录】：
- 致谢7-8
- 摘要8-9
- ABSTRACT9-17
- 第一章 绪论17-27
- 1.1 白光LED的发展及其优点17-18
- 1.2 白光LED的结构和发光原理18-20
- 1.2.1 白光LED的基本结构18-19
- 1.2.2 白光LED的发光方式19-20
- 1.3 荧光粉的主要合成方法20-21
- 1.4 白光LED用红色荧光粉研究进展21-25
- 1.4.1 常用的激活剂及基质21-23
- 1.4.2 铝酸盐基荧光粉的研究进展23-24
- 1.4.3 共掺杂改性研究24-25
- 1.5 本论文的研究目的和主要内容25-27
- 1.5.1 研究目的25
- 1.5.2 研究内容25-27
- 第二章 实验部分27-30
- 2.1 实验试剂与设备27-28
- 2.2 制备方法28
- 2.3 样品性能表征28-30
- 2.3.1 物相分析28
- 2.3.2 形貌分析28-29
- 2.3.3 发光性能测试29-30
- 第三章 红色荧光粉Sr_4Al_(14)O_(25)：M(M=Mn~(4+),Cr~(3+))的制备及共掺改性研究30-44
- 3.1 Sr_4Al_(14)O_(25)：M(M=Mn~(4+),Cr~(3+)),N(Sm~(3+),Ge~(4+))荧光粉的制备及性能表征30-33
- 3.1.1 样品的制备30
- 3.1.2 物相分析30-32
- 3.1.3 微观形貌分析32-33
- 3.2 Sr_4Al_(14)O_(25)：M(M=Mn~(4+),Cr~(3+))发光性能研究33-35
- 3.2.1 Sr_4Al_(14)O_(25):Mn~(4+)荧光粉的激发和发射光谱33-34
- 3.2.2 Sr_4Al_(14)O_(25):Cr~(3+)荧光粉的激发和发射光谱34-35
- 3.3 共掺Sm~(3+)对于Sr_4Al_(14)O_(25):M(M=Mn~(4+),Cr~(3+))荧光粉发光性能的影响35-41
- 3.3.1 Sm~(3+)对于Sr_4Al_(14)O_(25):Cr~(3+)光性能的影响35-38
- 3.3.2 Sm~(3+)对于Sr_4Al_(14)O_(25):Mn~(4+)发光性能的影响38-39
- 3.3.3 Sm~(3+)对Sr_4Al_(14)O_(25):M(M=Mn~(4+),Cr~(3+))显色性的影响39-41
- 3.4 共掺Ge~(4+)对于Sr_4Al_(14)O_(25)：Mn~(4+)发光性能的影响41-43
- 3.5 本章小结43-44
- 第四章 CaAl_4O_7：M(M=Mn~(4+),Cr~(3+),Sm~(3+))红色荧光粉的制备和发光性能研究44-59
- 4.1 CaAl_4O_7:M(M=Mn~(4+),Cr~(3+),Sm~(3+))的制备及物相分析44-46
- 4.1.1 CaAl_4O_7:M(M=Mn~(4+),Cr~(3+),Sm~(3+))的制备44
- 4.1.2 物相分析44-46
- 4.2 CaAl_4O_7:Mn~(4+)的发光性能研究46-52
- 4.2.1 CaAl_4O_7:Mn~(4+)的激发和发射光谱46-48
- 4.2.2 Mn~(4+)离子浓度对CaAl_4O_7:Mn~(4+)发光强度的影响48-49
- 4.2.3 Na~+、K~+、Li~+离子对CaAl_4O_7:Mn~(4+)发光强度的影响49-52
- 4.3 CaAl_4O_7:Cr~(3+)的发光性能研究52-54
- 4.3.1 CaAl_4O_7:Cr~(3+)激发光谱和发射光谱52-53
- 4.3.2 Cr~(3+)离子浓度对CaAl_4O_7:Cr~(3+)发光强度的影响53-54
- 4.4 CaAl_4O_7：Sm~(3+)发光性能的研究54-56
- 4.4.1 CaAl_4O_7:Sm~(3+)激发和发射光谱54-55
- 4.4.2 Sm~(3+)离子浓度对于CaAl_4O_7：Sm~(3+)发光强度的影响55-56
- 4.5 CaAl_4O_7:M(M=Mn~(4+),Cr~(3+),Sm~(3+))的色坐标对比56-58
- 4.6 本章小结58-59
- 第五章 CaAl_2O_4:M(M=Cr~(3+),Eu~(3+),Sm~(3+))红色荧光粉的制备和发光性能研究59-70
- 5.1 CaAl_2O_4:M(M=Cr~(3+),Eu~(3+),Sm~(3+))红色荧光粉的制备及物相分析59-61
- 5.1.1 CaAl_2O_4:M(M=Cr~(3+),Eu~(3+),Sm~(3+))红色荧光粉的制备59
- 5.1.2 物相分析59-61
- 5.2 CaAl_2O_4:Cr~(3+)的发光性能研究61-63
- 5.2.1 CaAl_2O_4:Cr~(3+)的激发和发射光谱61-62
- 5.2.2 Cr~(3+)离子浓度变化对于CaAl_2O_4:Cr~(3+)发光强度的影响62-63
- 5.3 CaAl_2O_4:Sm~(3+)的发光性能研究63-65
- 5.3.1 CaAl_2O_4:Sm~(3+)的激发和发射光谱63-64
- 5.3.2 Sm~(3+)离子浓度变化对于CaAl_2O_4:Sm~(3+)发光强度的影响64-65
- 5.4 CaAl_2O_4:Eu~(3+)的发光性能研究65-67
- 5.4.1 CaAl_2O_4:Eu~(3+)的激发和发射光谱65-66
- 5.4.2 Eu~(3+)离子浓度变化对于CaAl_2O_4:Eu~(3+)发光强度的影响66-67
- 5.5 CaAl_2O_4:M(M=C~(3+),Eu~(3+),Sm~(3+))色坐标对比67-69
- 5.6 本章小结69-70
- 第六章 结论与展望70-72
- 6.1 结论70-71
- 6.2 不足与展望71-72
- 参考文献72-79
- 攻读硕士学位期间的学术活动及成果清单79
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