石榴石结构绿色荧光粉的熔盐法制备及发光性能研究

发布时间：2020-04-02 23:09

【摘要】：白光LED被认为是第四代的照明光源,具有发光效率高、响应快、使用寿命长和绿色环保等优点。以绿色和红色荧光粉替代YAG:Ce3+黄色荧光粉配合蓝光LED组成白光LED,可提高显色指数、降低色温。当前白光LED用绿色荧光粉中,石榴石结构的LuAG:Ce3+荧光粉具有热稳定性好、量子效率高、蓝光吸收强等优点。LuAG:Ce3+荧光粉的制备通常采用高温固相法,该合成方法存在烧结温度高、微观形貌难控制和样品颗粒粒径大且不均一等缺点。相比而言,熔盐法可以有效克服高温固相法的缺点,降低合成温度、缩短烧结时间、改善样品形貌。基于此,本文通过熔盐法合成了一系列同属石榴石结构的LuAG:Ce3+绿色荧光粉、BaLu2Al4SiO12:Ce3+(Ba2+-Si4+部分替代LuAG 中 Lu3+-Al3+构成)及MxBa1-xLu1.94Al4SiO12:Ce3+(M=Sr,Ca)荧光粉,并对其结构、形貌、发光性能进行了研究。主要研究工作结果如下:(1)利用NaNO3、KNO3和Na2CO3组成的混合熔盐两步烧结成功制备出了 Lu3-xCexAl5O12(x=0.03～0.15)系列绿色荧光粉。采用熔盐法制备Lu3-xCexAl5O12(x=0.03～0.15)荧光粉,二次烧结温度为1500℃,相比于高温固相法降低了约300℃,且合成的样品颗粒分散性较好,表面光滑,粒径较细,平均粒径约为0.54 μm。确定了最佳的Ce3+掺杂浓度为x=0.12,当掺杂浓度高于临界浓度时,发生了明显的浓度猝灭现象,这是由于受到电偶极——电偶极的相互作用。通过调节Ce3+掺杂浓度可以对荧光粉的光色进行调控,随着Ce3+浓度的增大,Lu?3-xCexAl5O12(x=0.03～0.15)荧光粉的发光颜色由浅绿色变成黄绿色。(2)利用NaF和KF作为熔盐,运用熔盐法一步烧结成功制备出了一系列BaLu2-xAl4SiO12:xCe3+(0.02≤x≤0.08)荧光粉,通过调控熔盐用量、烧结温度和保温时间开展了性能优化实验。确定了最佳的熔盐用量、烧结温度和保温时间分别为R=1.0、1200℃和6 h。在不同熔盐用量下,均能制备出纯的目标产物,且样品颗粒的粒径大小随熔盐用量的增加而增大。但是,当熔盐的用量过多时,颗粒将异常生长,样品的形貌变得不规则、粒径分布不均匀,发光强度也随之降低。随着烧结温度升高以及保温时间的延长,颗粒的粒径也会随之增大,且杂相逐渐消失。但是,当烧结温度进一步升高或保温时间继续延长时,加速了熔盐的挥发,导致样品颗粒发生团聚现象,且发光性能也随之下降。(3)通过碱土金属阳离子Sr2+或Ca2+部分取代基质阳离子Ba2+,同样是通过熔盐法,一步烧结成功制备出了 MxBa1-xLu1.94A14SiO12:Ce3+0.06(M=Sr,Ca)绿色荧光粉。随着Sr2+或Ca2+的掺杂量增加晶胞发生收缩,样品发光强度先增大后减小,当Sr2+或Ca2+掺杂量分别为x=0.05和x=0.10时达到最大值。对于M=Sr的样品,发射峰波长从507 nm红移至516nm。对于M=Ca的样品,发射峰波长从509 nm红移至514.2nm。当温度达到200℃时,Sr=0.05和Ca=0.10样品的发光强度,分别维持在室温下的77%和74%,表现出了良好的热稳定性能。
【图文】：

示意图,发光原理

图 1-1 为 LED 的结构及发光原理的示意图。作为结构型的 LED，由 LED 芯阳极、反光罩、环氧树脂透镜和连接导线组成。作为 LED 的最核心组件，L要是由 P 型和 N 型半导体所组成的，，其间还有一个过渡层被称为 p-n结。在电压的情况下，p-n结中的 N 区的电子朝+向扩散，注入结区，P 区的空穴朝向扩散，也注入到结区之中。由于势垒的作用，进入结区之中的电子和空穴区中，形成反转分布的粒子数，反转分布的电子与空穴经跃迁发生复合，产射发光。可以通过增大禁带宽度，使 N 区和 P 区减少对发光的吸收。为了增穴的复合发光概率，可以增加量子阱等发光层结构，来提高 LED 的发光的

三基色,白光LED,芯片

图 1-2 三基色组合构成的白光 LED 芯的三基色荧光粉与其相对应的 LED别产生的三基色光复合而生的，由发射波长与发射强度的变化对复合一个的方案具有明显的优势，主要获得性能比较好的白光，如图 1-3（已经十分成熟，在商业上符合这类现规模化生产，能被有效激发的荧ED 的方式下，也不是十全十美的，和透光率较弱。除此之外，若紫外D 器件的使用寿命也将会因此而缩人们对其制备工艺和技术的加以改的一个可行性方向，市场前景也被AG:Ce 荧光粉。如图 1-3（b）所示
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ422;TN312.8

【参考文献】