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《河北大学》 2010年
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白光LED用碱土金属硅酸盐荧光粉的制备及光谱性质

冯仕华  
【摘要】: 白光LED因其具有体积小、节能、环保、寿命长等优点而引起人们的广泛关注,被称为第四代照明光源。实现白光LED最成熟方式是荧光粉转换法,因此白光LED用荧光粉的制备和性能越来越受到人们的重视。 稀土硅酸盐体系发光材料由于其化学稳定性好,耐水性强,发光颜色多样,应用广泛等特点,越来越引起人们的重视。本论文采用凝胶-燃烧法成功合成了稀土离子激活的系列白光LED用碱土金属多硅酸盐荧光粉,借助XRD、EDS、SEM、荧光光谱等现代测试手段,对合成产物进行了分析和表征,得出以下结论: 1.采用凝胶-燃烧法成功合成了Eu2+掺杂的新型碱土多硅酸盐蓝色发光材料Sr2MgSi3O9:Eu2+,属四方晶系(Tetragonal)。其一次颗粒近似球形,粒径在100 nm左右。激发光谱分布在250~450 nm的波长范围,主激发峰位于424 nm处,次激发峰位于400 nm处,可以被InGaN管芯产生的近紫外辐射有效激发。发射光谱也为一宽带,最大发射峰位于470 nm附近,是典型的Eu2+的4f5d-4f跃迁导致的。Sr2MgSi3O9:Eu2+是一种很有前途用于白光LED的蓝色荧光粉。此外,探讨了Eu2+的掺杂浓度、还原温度及共掺杂离子等对材料发光亮度的影响。 2.采用凝胶-燃烧法合成Ce3+、Tb3+共掺的新型发光材料Sr2MgSi3O9:Ce3+,Tb3+。该发光材料与Sr2MgSi2O7具有相似的晶体结构,同属四方晶系。样品一次颗粒近似球形,粒径在100 nm左右。Sr2MgSi3O9:Tb3+的激发光谱为一位于249 nm的宽带,发射光谱主要由473 nm,491nm,547 nm,585 nm等一系列发射峰组成,其中473 nm(5D3→7F3)为主发射峰,547 nm(5D4→7F5)为次发射峰;样品Sr1.955MgSi3O9:Tb3+0.04,Ce3+0.005的激发光谱由峰值分别249 nm和335 nm的双激发带组成,其中后者为主激发带。在335 nm激发下,其发射光谱由两部分组成,其中400 nm附近的带状发射对应于Ce3+的发射,而491 nm,547 nm,588 nm处的发射峰归属为Tb3+的5D4→7FJ(J = 6, 5, 4)跃迁发射,最强峰位于547 nm,对应Tb3+的5D4→7F5跃迁。此外,探讨了Ce3+掺杂量对样品发光亮度的影响,发现Ce3+可以把能量传递给Tb3+,对Tb3+起到敏化作用。 3.采用凝胶-燃烧法合成Eu3+掺杂的新型碱土多硅酸盐红色发光材xSrO·MgO·ySiO2(x = 1~2,y = 2~3)。Sr2MgSi3O9:Eu3+和SrMgSi2O6:Eu3+的晶体结构均与Sr2MgSi2O7相似,同属四方晶系。其激发和发射光谱分析表明:激发光谱在220~300 nm之间出现一宽带吸收,归属于O2--Eu3+之间的电荷迁移带,300 nm以后出现的锐线峰为Eu3+的f-f跃迁吸收峰,其最强锐线峰位于400 nm,对应于Eu3+的基态到5L6激发态跃迁吸收。因此,荧光粉可以被InGaN管芯产生的紫外辐射有效激发。发射光谱由两个强发射峰组成,分别位于592 nm和618 nm处,分别属于典型的Eu3+的5D0→7F1和5D0→7F2跃迁。此外,探讨了发光中心Eu3+浓度、共掺杂离子Ti4+和Gd3+以及电荷补偿剂Li+,Na+,K+对样品发光特性的影响。 4.采用凝胶-燃烧法合成Eu2+掺杂的碱土氯硅酸盐蓝色荧光粉Sr4Si3O8Cl4:Eu2+。该发光材料与Sr4Si3O8Cl4具有相同的晶体结构,属正交晶系。激发光谱分布在250~400 nm的一个较宽的波长范围,可以被InGaN管芯产生的紫外及近紫外辐射有效激发。在324 nm的紫外光激发下,Sr4Si3O8Cl4:Eu2+产生一个主峰位于484 nm的宽带发射,是典型的Eu2+的4f5d-4f跃迁导致的。通过在基质中掺杂Mg2+改变Eu2+的晶体场环境,使得Sr4-xMgxSi3O8Cl4:Eu2+发射光谱发生明显变化,当Mg2+浓度x从0增加到2.0时,发射主峰的位置由484 nm移到436 nm,即:发射光谱发生蓝移,发光颜色从蓝绿变为蓝色;激发主峰从324 nm移到343 nm,即激发光谱发生红移,故stokes位移减小,样品的发光效率提高。同时发现,当Mg2+掺杂浓度大于0.5时,样品的发光强度随着Mg2+浓度的增加而增大,蓝光发射增强。
【学位授予单位】:河北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O482.31

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