硅基氮氧化物荧光粉的制备及发光性能研究

• 作 者: 楚司祺
• 出 处: 浙江科技学院
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 硅基氮氧化物 晶体结构 热稳定性 光谱调控 白光LED

在当今社会,汽车的使用已深入到我们生活的各个方面。而车灯的发展也经历了不少的演变。与卤素灯、氙气灯相比,基于荧光转换技术的W-LEDs具有成本低、环保、体积小、效率高、寿命长等优点。目前,大多数企业使用的W-LEDs是由蓝光芯片结合黄色发光荧光粉YAG:Ce³⁺。但是,由于其红色发光区域的限制,这种W-LEDs组合在显色指数（CRI）和色温方面有明显的缺点。近年来,由近紫外（n-UV）芯片加上三色荧光粉（蓝、绿、红）组成的W-LEDs以其高显色指数和均匀的色光性能引起了越来越多的关注。因此,寻找一种适用于n-UV W-LEDs的单相三色荧光粉是一项重要的任务。本文以硅基氮氧化物为基质,探究在不同稀土离子掺杂下荧光材料的发光性能。第一,通过两步高温固相反应在还原气氛下成功地制备了一系列新颖的蓝色发光荧光粉（Ba/Sr）Al₂Si₃O₄N₄:Eu²⁺和红色发光荧光粉Mn²⁺,Sm²⁺掺杂BaAl₂Si₃O₄N₄（BASON）。通过精修、光谱表征和能带与态密度计算等手段,研究了其晶体结构特征和发光性能。对BASON:Eu²⁺发射光谱进行高斯拟合,以解释BASON荧光粉中Eu²⁺发射峰的不对称性。通过Sr²⁺取代Ba²⁺离子,增强了(Ba_1-ySr_y)Al₂Si₃O₄N₄:Eu²⁺的发光强度。此荧光粉在473K时的相对强度相比于室温下（293K）仍然保留很高的发光强度,这说明BASON:Eu²⁺荧光粉具有良好的热稳定性。本实验还将其与商业黄色荧光粉YAG:Ce³⁺和红色荧光粉Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺混合,配上紫外芯片成功调试出了白光LED。此外我们掺杂Mn、Sm离子分别得到了微弱的红色发光和深红色宽带发射荧光粉,并对其猝灭机理和热稳定性进行了深入研究。第二,改变掺杂的稀土离子,合成了BaAl₂Si₃O₄N₄:Ce³⁺,Tb³⁺荧光粉。光谱分析结果表明,BaAl₂Si₃O₄N₄基质中存在Ce³⁺→Tb³⁺的能量传递。通过调整Ce³⁺,Tb³⁺的掺杂浓度,以能量传递的方式成功地对BaAl₂Si₃O₄N₄:Ce³⁺,Tb³⁺荧光粉进行从蓝光到绿光的调控。第三,制备了Ce³⁺和Yb²⁺掺杂的BaAl₂Si₃O₄N₄宽带蓝光和黄光荧光粉。使用X射线衍射和荧光光谱表征研究了其发光性能。在254nm紫外光的照射下,这两种荧光粉都表现出了长余辉性能,研究分析其长余辉现象出现的原因,并分别测试了长余辉的可持续时间。第四,通过高温固相法在还原气氛中制备了一系列Eu²⁺掺杂的(Ba_1-xCa_x)Al Si₅O₂N₇和(Ba_0.7Ca_0.3)(Al_1-zY_z)Si₅O₂N₇荧光粉。通过Ca²⁺的取代能够增加样品的结晶度和发光强度。根据发射位置与晶格环境的关系解释(Ba_1-xCa_x)Al Si₅O₂N₇荧光粉中不同发射峰分别对应Eu²⁺占据的位点。通过对(Ba_1-xCa_x)Al Si₅O₂N₇荧光粉进行低温荧光热猝灭测试发现其存在反常的负热猝灭现象,即随着温度的升高（从4K到273K）荧光粉的光强表现出连续性的增强。又对此样品进行了高温热猝灭测试,发现其发光强度在303K到473K仍表现为增强。通过Y³⁺的引入,(Ba_1-xCa_x)Al Si₅O₂N₇荧光粉的发射光谱变宽,达到了从蓝绿色到橙黄色的调控。将Ba_0.7Ca_0.3Al Si₅O₂N₇:Eu²⁺荧光粉与商业红粉Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺混合成功地制备了暖白光LED。