几种LED用多色氧化物发光材料的制备、结构及其发光特性研究

发布时间：2017-05-07 13:07

  本文关键词：几种LED用多色氧化物发光材料的制备、结构及其发光特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：白光发光二极管作为新一代绿色照明光源,在照明、显示、防伪、军事、生物医疗和杀菌等领域有着广泛的应用。无机发光材料作为白光发光二极管的重要组成部分,其性能直接影响到器件的显色性以及发光效率。目前发光二极管实现白光的方式主要有：蓝光芯片匹配YAG:Ce3+黄色荧光粉和紫外芯片匹配红绿蓝三基色荧光粉。这两种实现白光的方式并不完美,都有各自的缺点,比如前者由于缺乏红光部分,导致得到的白光色温较高,显色指数低；而后者紫外芯片匹配红绿蓝三基色荧光粉时,会出现光再吸收现象,能量转换效率偏低。本论文主要针对无机发光材料存在的一些科学问题展开研究,具体开展了以下工作：1.通过高温固相法制备了两种新型的红色发光材料RbZnPO4:Eu3+和YBa3(PO4)3:Eu3+,并研究了它们的物相成分以及发光特性。在RbZnPO4:Eu3+中,通过XRD结构精修对其晶体结构以及Eu3+离子周围晶格环境情况做了具体分析。样品的发射光谱表明,在393 nm激发下,样品表现出主峰位于698nm的红光发射,归属于Eu3+离子的5D0→7F4跃迁发射。利用精修得到的晶体结构信息,对Eu3+离子周围晶格环境对发射光谱的影响作了细致地讨论。热猝灭光谱表明RbZnPO4:Eu3+对温度极其敏感,并通过Arrhenius模型、电荷补偿机理、以及CASTEP能带结构计算对其温度敏感的发光特性进行了系统研究。在393 nm激发下,YBa3(PO4):Eu3+的发射光谱表现为主峰位于612 nm的红光发射,归属于Eu3+离子的5D0→7F2跃迁。掺杂浓度为40%时,样品的发射光谱积分强度为商用粉Y2O3:Eu3+的3.13倍,色坐标为(0.654,0.338)。此外,通过水热法制备了一种无稀土离子掺杂的红色发光材料Mn2GeO4,并通过XRD结构精修、CASTEP能带结构计算对其晶体结构以及能带结构进行了研究。SEM测试结果表明样品具有均匀的六角星形貌,平均粒径约为38.8 μm。晶体生长符合溶解再结晶过程。2.通过高温固相法制备了系列Ce3+离子掺杂的Srs(PO4)2SiO4白光发光材料以及Dy3+离子掺杂的RbZnP04白／黄色发光材料。在Sr5(PO4)2SiO4:Ce3+中,结构分析以及光谱数据表明,Ce3+离子在Sr5(PO4)2SiO4中占据两种不同的Sr2+格位,分别表现出主峰位于432 nm的蓝光和556 nm的黄光发射,归属于Ce3+离子占据9配位的Srl格位以及7配位Sr2格位时所产生的5d→4f跃迁发射。在紫外GaN芯片匹配的激发波长365 nm激发下,Sr5(PO4)2SiO4:0.05Ce3+样品发出白光,色坐标为(0.33,0.34),色温5603 K,有潜力应用为紫外芯片激发的白光LED发光材料。此外,通过共掺杂电荷补偿剂调整Ce3+离子周围晶体场,样品的发光强度可以得到明显增强。此外,RbZnPO4:Dy3+样品的激发光谱表明,该样品在近紫外区域以及蓝光区域都具有较强的吸收,适用于LED近紫外以及蓝光芯片。在386 nm激发下,RbZnPO4:Dy3+样品的发射光谱中出现487nm 577 nm和672 nm的发射峰,分别对应于Dy3+离子的4F9/2-+6H15/2,6H13/2、6H11/2跃迁发射,样品的色坐标为(0.44,0.47),色温为3374 K,表现出暖白光发射。在蓝光455 nm激发下,样品发射光谱与386 nm激发时类似,且具有较好的热稳定性。通过利用蓝光芯片与RbZnPO4:Dy3+的发射光谱在CIE色度图中模拟复合,可以得到色温为3125 K的暖白光,色坐标为(0.42,0.39)。3.通过改良的静电纺丝法,制备出纳米纤维形貌的CaAl2O4:Eu2+,Nd3+蓝色发光材料。通过XRD、SEM、TEM、EDX、FTIR测试,确定样品的中间体为碳包覆的CaAl2O4纳米纤维。发光光谱测试结果表明,在345 nm激发下,CaAl2O4:Eu2+,Nd3+样品表现出主峰位于445 nm的蓝光发射。并对其余辉时间以及陷阱情况进行了测试分析,以期待其能够作为交流LED用发光材料,来解决目前交流LED的频闪问题。
【关键词】：发光二极管 发光材料 交流发光二极管 发光特性
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ422;TN312.8
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-49
• 1.1 白光发光二极管概述11-21
• 1.1.1 白光LED的构造及实现方法11-13
• 1.1.2 白光LED用发光材料的发光原理、要求以及影响因素13-20
• 1.1.3 白光LED的应用20-21
• 1.2 白光LED用红光发光材料的研究进展及存在的瓶颈问题21-26
• 1.2.1 蓝光LED用红色发光材料的研究进展及存在的科学问题21-25
• 1.2.2 近紫外LED用红色发光材料研究进展及存在的科学问题25-26
• 1.3 LED用白光发光材料的研究进展及存在的瓶颈问题26-34
• 1.3.1 在单一基质中掺杂单一激活剂离子Eu~(3+)/Dy~(3+)/Eu~(2+)27-32
• 1.3.2 利用基质本身发光基础上掺杂单一激活剂离子Eu~(3+)/Sm~(3+)/Pr~(3+)32-33
• 1.3.3 在单一基质中共掺杂两种或多种稀土元素获得白光发射33-34
• 1.4 交流电LED用长余辉发光材料的进展34-39
• 1.4.1 传统照明光源的频闪问题分析34-35
• 1.4.2 白光LED照明光源的频闪现象分析以及研究进展35-39
• 1.5 本论文的选题和结构39-41
• 1.5.1 选题的意义39-40
• 1.5.2 论文结构40-41
• 参考文献41-49
• 第二章 实验部分49-59
• 2.1 样品的制备49-54
• 2.1.1 实验药品49-50
• 2.1.2 实验设备50
• 2.1.3 样品的制备方法流程图50-54
• 2.1.3.1 静电纺丝法50-52
• 2.1.3.2 水热/溶剂热法52-53
• 2.1.3.3 静电纺丝法53-54
• 2.2 样品的测试与表征54-55
• 2.2.1 X射线衍射54
• 2.2.2 扫描电镜54
• 2.2.3 透射电镜54
• 2.2.4 紫外-可见光吸收/漫反射光谱54
• 2.2.5 紫外激发与发射光谱54
• 2.2.6 热猝灭光谱54-55
• 2.2.7 荧光寿命55
• 2.2.8 余辉光谱55
• 2.2.9 红外光谱55
• 2.2.10 磁性性质55
• 2.3 计算、分析软件55-58
• 2.3.1 晶体和电子结构分析、计算的介绍55-56
• 2.3.2 CIE色度图56-57
• 2.3.3 色温57-58
• 参考文献58-59
• 第三章 LED用红色发光材料的制备与发光性质研究59-95
• 3.1 RbZnPO_4：Eu~(3+)的制备及其发光性质研究59-71
• 3.1.1 引言59
• 3.1.2 样品的制备59-60
• 3.1.3 结果与讨论60-71
• 3.1.3.1 样品的晶体结构60-64
• 3.1.3.2 样品的光谱特征64-67
• 3.1.3.3 样品的热猝灭光谱研究67-71
• 3.1.4 小结71
• 3.2 YBa_3(PO_4)_3：Eu~(3+)的制备及其发光性质研究71-78
• 3.2.1 引言71-72
• 3.2.2 样品的制备72
• 3.2.3 结果与讨论72-78
• 3.2.3.1 样品的晶体结构72-73
• 3.2.3.2 样品的光谱特征73-75
• 3.2.3.3 Eu~(3+)离子相互作用情况研究75-77
• 3.2.3.4 样品的CIE图谱77-78
• 3.2.4 小结78
• 3.3 Mn_2GeO_4的制备及其发光性质研究78-88
• 3.3.1 引言78
• 3.3.2 样品的制备78-79
• 3.3.3 结果与讨论79-88
• 3.3.3.1 样品的晶体结构79-82
• 3.3.3.2 样品的能带结构82-83
• 3.3.3.3 样品的形貌分析83-86
• 3.3.3.4 样品的光谱特征86-88
• 3.3.4 小结88
• 3.4 本章小结88-90
• 参考文献90-95
• 第四章 LED用白色发光材料的制备与发光性质研究95-117
• 4.1 Sr_5(PO_4)_2SiO_4：Ce~(3+)的制备及其发光性质研究95-104
• 4.1.1 引言95
• 4.1.2 样品的制备95-96
• 4.1.3 结果与讨论96-104
• 4.1.3.1 样品的晶体结构96-97
• 4.1.3.2 样品的光谱特性97-101
• 4.1.3.3 碱金属离子(Li~+,Na~+,K~+)掺杂对样品发光性能的影响101-103
• 4.1.3.4 样品的热猝灭光谱研究103-104
• 4.1.4 小结104
• 4.2 RbZnPO_4：Dy~(3+)的制备及其发光性质研究104-111
• 4.2.1 引言104
• 4.2.2 样品的制备104-105
• 4.2.3 结果与讨论105-111
• 4.2.3.1 初始原料的DTA-TAG曲线分析105-106
• 4.2.3.2 样品的晶体结构106-107
• 4.2.3.3 样品的光谱特性107-110
• 4.2.3.4 样品的热猝灭光谱研究110-111
• 4.2.4 小结111
• 4.3 本章小结111-113
• 参考文献113-117
• 第五章 交流LED用蓝色发光材料的制备与发光性质研究117-128
• 5.1 CaAl_2O_4：Eu~(2+),Nd~(3+)的制备及其发光性质的研究117-124
• 5.1.1 引言117-118
• 5.1.2 样品的制备118
• 5.1.3 结果与讨论118-124
• 5.1.3.1 样品的晶体结构118-123
• 5.1.3.2 样品的生长过程123
• 5.1.3.3 样品的光谱特征123-124
• 5.2 本章小结124-126
• 参考文献126-128
• 第六章 结论与展望128-131
• 6.1 结论128-129
• 6.2 问题与展望129-131
• 博士期间的研究成果131-133
• 致谢133

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 杨志平,刘冲,郭智,冯建伟,杨勇,李兴民;红色Y_2O_2S:Eu~(3+)磷光材料的沉淀法制备和发光性能研究[J];河北大学学报(自然科学版);2004年06期

2 陆世鸣;刘磊;俞安琪;;照明产品的频闪分析及对功能性照明的影响[J];灯与照明;2014年04期

3 李沅英,戚濂,崔俊锋,许恩怡,冯小龙,蔡少华;微波辐射法合成的Y_2O_2S∶Eu~(3+)荧光体的定量相分析[J];稀土;1998年03期

4 王金城;李有桢;陈静波;王晶;;交流LED驱动电路之研究[J];照明工程学报;2006年04期

5 杨永栋;刘桥;周骅;;新型交流LED照明方法[J];照明工程学报;2012年05期

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