用于白光LED的铕掺杂硅酸盐/钛酸盐红色荧光粉的制备研究

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在能源问题日益尖锐的状态下,白光发光二极管(LED)因其具有低能耗、高效率、寿命长等优点,已成为开发节能环保新光源的首要选择。当前,经过“蓝光InGaN芯片+黄色荧光粉(YAG∶Ce)”组合而成白光LED是商业化使用的主流实现方式。该组合方式由于缺乏红光组分,得到的光色温及显色性均不好。近紫外芯片材料与三基色(红/绿/蓝)荧光粉的组合方式,是实现白光LED的其他方式。此组合中的红粉由于发光效率低、物化性能不稳定、寿命较短等缺点,故影响了它的使用领域。针对上述两种实现方式出现的问题,红色荧光粉作为白光LED荧光转换材料的研究已然成为发光材料领域重要的课题方向。本论文选择以物化性能及热稳定性良好的硅酸盐和钛酸盐作为基质材料,成功的合成了Li2SiO3∶Eu3+和CaTiO3∶Eu3+这两种系列的红色荧光粉,并且研究了它们的发光性能和机理。具体内容如下:  (1) Li2SiO3∶Eu3+硅酸盐荧光粉的前驱体是在室温条件下,利用球磨固相反应法合成,然后经高温试验电炉中进行煅烧,即得到Li2SiO3∶Eu3+红色荧光粉体系。研究了煅烧温度、保温时间及掺杂的Eu3+的摩尔浓度对该产物的结构和发光性能的影响,并且对其激发和发射光谱进行了分析。经试验分析,该荧光粉体系可以被近紫外光(396 nm处)和蓝光(467nm处)有效地进行激发,主要的发射峰位于红光范围(615 nm处)。电荷补偿剂一价金属阳离子Li+的引入也被证明可以增强了该体系的发光强度。  (2) CaTiO3∶Eu3+钛酸盐红色荧光粉的前驱体是采用化学共沉淀法合成,然后经高温试验电炉中煅烧,则得到CaTiO3∶Eu3+红色荧光粉体系。该荧光粉体系也可以被399 nm处的近紫外光及467 nm处的蓝光有效地进行激发,主激发峰为467 nm,且发射峰处于615 nm的红光区域里。当激活剂Eu3+离子浓度为9 mol%,煅烧温度为1300℃,保温时间为2h时,该体系的发光强度最佳。同时,也对电荷补偿剂Li+及Al3+的加入进行了研究。经实验得出,掺杂电荷补偿剂Li+(6 mol%)和Al3+(2 mol%)均能提高荧光粉的发光强度,且分别比Ca0.91TiO3∶9%Eu3+的发光强度提高1.60倍和2.27倍。  (3)采用化学共沉淀法分别合成了Ca1-3/2xTiO3∶Eux3+(记为CT1)和Ca1-2xTiO3∶Eux3+,Lix+(记为CT2)不同电荷补偿方式的两种荧光粉,对它们进行物相及形貌分析,并且探究了激活剂Eu3+离子浓度对CT1及CT2荧光粉发光强度的影响,发现最佳的Eu3+离子浓度分别为9mol%和12mol%。相比之下,加入一价阳离子Li+的CT2荧光强度比CT1提高了1.35倍,说明加入Li+确实能有效地平衡电荷,提高荧光粉的发光效率。
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