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白光LED用Ce3+、Eu2+掺杂的几种典型发光材料的制备及发光性能研究

2020-12-02阅读(280)

白光LED用Ce3+、Eu2+掺杂的几种典型发光材料的制备及发光性能研究

论文摘要

白光LED因节能、环保、高效、对人体无害、使用寿命长等优势逐渐取代传统照明源成为第四代照明光源。目前,国际市场上主流的实现方案为荧光转换:蓝光芯片（450-470 nm）激发荧光粉发射出可视光（黄、绿+红）,并与剩余蓝光复合得到白光。然而以上实现方案存在黄色荧光粉中红光成分不足、高效绿色荧光粉稀缺、直接适用于AC LED的荧光粉稀缺等问题。本论文针对以上几个主要问题,从以下几方面展开研究:1.将N3-:O2-比为67%的阴离子取代引入到Li2SrSiO4:Eu2+晶格中,制备出晶格更为致密的氮氧化物发光材料Li2SrSiON2:Eu2+。随着Eu2+离子浓度的增加,发射强度先增后减而发射峰的位置并未明显改变。在450 nm激发下,最优样品Li2SrSiON2:0.02Eu2+发射出包含足够红光成分的高亮宽带橙光（发射峰位于586nm且FWHM为110 nm）。而且它的发射强度可以达到商用YAG:Ce3+的80%左右。2.通过在Ca2BO3Cl:Eu2+晶格中引入浓度不等的[Si4++N3-]离子对取代[B3++O2-]离子对,得到了颜色可调的、热稳定性能优异的发光材料Ca1.96B1-ySiyO3-yNyCl:Eu2+0.04。随着y值的增加,发射峰波长从586 nm（y=0）逐渐蓝移到525 nm（y=0.2）,而发射强度和FWHM并未出现明显变化。当y从0、0.1、0.15增加到0.2时对应的FWHM分别为125、127、124和128 nm。与商用粉BaSi2O2N2:Eu2+（青色）和（Ba,Sr）2SiO4:Eu2+（绿色）比对表明,最优样品CBSOCN0.2:0.04Eu2+的发射光谱的FWHM明显大于商用粉。而且,它的发射强度可以达到BaSi2O2N2:Eu2+的86%和（Ba,Sr）2SiO4:Eu2+的93%。3.从硅酸盐发光材料Ba2SiO4:Eu2+入手,采用[Al3++Al3+]→[Si4++Si4++O2-]双取代对其发光性能进行调控(Ba2Si1-yAlyO4-0.5y:Eu2+)。当y>0.2时,有效激发范围展宽至蓝光区,使得改性后的发光材料能够被蓝光芯片高效激发。而且减小的Stokes位移显著改善了热稳定性。最优样品Ba1.98(Si0.8Al0.2)O3.9:Eu2+0.02归一化后的光谱,和商用绿粉β-sialon:Eu2+（BG-601B）、SrSi2O2N2:Eu2+（N50）归一化后的光谱比对表明:Ba1.98(Si0.8Al0.2)O3.9:Eu2+0.02的发射谱明显宽于二者,且在青光区域（470-510 nm）有较强发射,这是两种商用绿粉所欠缺的。4.以短余辉发光材料Gd3Al3Ga2O12:Ce3+为改性目标,采用[Si4++N3-]→[Al3++O2-]双取代对样品的晶体结构进行微调。晶格收缩增强了电子云膨胀效应且加剧了Ce3+的5d能级劈裂程度,从而引起发射峰波长的红移和FWHM的展宽。改性后的发光材料Gd3(Al3-ySiy)Ga2(O12-yNy):Ce3+不仅能够被蓝光芯片高效激发且在去掉激发光源后的10ms范围内可以持续发光,而且红光成分随着y值的增加而增加。这些发光性能使得系列样品有望成为性能优异的交流暖白LED用橙色发光材料。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 LED发展简介
  •     1.1.1 LED灯的应用领域
  •     1.1.2 白光LED的几种合成方式及各自的优缺点
  •   1.2 白光LED芯片的结构及发光原理
  •   1.3 白光LED用发光材料的发光原理及研究进展
  •     1.3.1 发光材料简介
  •       1.3.1.1 发光现象的物理过程
  •       1.3.1.2 发光材料的组成和发光原理
  • 3+、Eu2+掺杂发光材料的光谱调控'>      1.3.1.3 Ce3+、Eu2+掺杂发光材料的光谱调控
  • 3+、Eu2+掺杂发光材料的研究进展'>    1.3.2 白光LED用 Ce3+、Eu2+掺杂发光材料的研究进展
  •       1.3.2.1 蓝色发光材料
  •       1.3.2.2 绿色发光材料
  •       1.3.2.3 黄色发光材料
  •       1.3.2.4 红色发光材料
  •       1.3.2.5 适用于交流电路（AC）的白光LED用发光材料
  •   1.4 本论文的选题意义及依据
  •   在以上研究内容的思路上，本论文的结构框架如下所示
  •   参考文献
  • 第二章 实验
  •   2.1 原料、仪器及制备方法
  •     2.1.1 实验原料
  •     2.1.2 实验仪器
  •     2.1.3 样品的制备方法
  •   2.2 样品的测试和表征
  •     2.2.1 X射线粉末衍射谱（XRD）
  •     2.2.2 傅里叶变换红外光谱（FTIR）
  •     2.2.3 漫反射光谱（DRS）
  •     2.2.4 扫描电子显微图（SEM）和透射电子显微图（TEM）
  •     2.2.5 UV-Vis荧光光谱和变温荧光光谱
  •     2.2.6 荧光寿命
  •     2.2.7 量子效率
  •   2.3 计算分析软件
  •     2.3.1 Rietveld结构精修
  •     2.3.2 相关色温、显色指数和CIE色坐标
  •   参考文献
  • 2SrSiON2:Eu2+的制备及其发光性能研究'>第三章 橙色发光材料Li2SrSiON2:Eu2+的制备及其发光性能研究
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验过程
  •   3.3 实验结果与讨论
  •     3.3.1 物相、形貌和晶体结构的研究
  •     3.3.2 PL性能研究
  •     3.3.3 热稳定性研究
  •   3.4 本章小结
  •   参考文献
  • 2B1-ySiyO3-yNyCl:Eu2+的制备及其发光性能研究'>第四章 颜色可调发光材料Ca2B1-ySiyO3-yNyCl:Eu2+的制备及其发光性能研究
  •   4.1 引言
  •   4.2 实验过程
  •   4.3 实验结果与讨论
  •     4.3.1 物相与结构分析
  •     4.3.2 PL性能分析
  •     4.3.3 热稳定性分析
  • 2+和CBSOCN0.2:Eu2+的应用性能评估'>    4.3.4 CBOC:Eu2+和CBSOCN0.2:Eu2+的应用性能评估
  •   4.4 本章小结
  •   参考文献
  • 2+的制备及发光性能研究'>第五章 绿色发光材料BSAO:Eu2+的制备及发光性能研究
  •   5.1 引言
  •   5.2 实验过程
  •   5.3 结果与讨论
  • 2-xSiO4:Eux2+与Ba1.98Si1-yAlyO4-0.5y:Eu0.022+的XRD谱'>    5.3.1 Ba2-xSiO4:Eux2+与Ba1.98Si1-yAlyO4-0.5y:Eu0.022+的XRD谱
  • 2-xSiO4:Eux2+与Ba1.98Si1-yAlyO4-0.5y:Eu0.022+的PL光谱分析'>    5.3.2 Ba2-xSiO4:Eux2+与Ba1.98Si1-yAlyO4-0.5y:Eu0.022+的PL光谱分析
  • 0.022+和BSAO:0.02Eu2+的XPS谱分析'>    5.3.3 样品BSO:Eu0.022+和BSAO:0.02Eu2+的XPS谱分析
  • 0.022+和BSAO:0.02Eu2+的带隙和能带结构分析'>    5.3.4 样品BSO:Eu0.022+和BSAO:0.02Eu2+的带隙和能带结构分析
  • 2+的形貌、粒径分布和组成元素分析'>    5.3.5 样品BSAO:0.02Eu2+的形貌、粒径分布和组成元素分析
  • 2+和BSAO:0.02Eu2+的结构精修结果和晶体结构'>    5.3.6 样品BSO:0.02Eu2+和BSAO:0.02Eu2+的结构精修结果和晶体结构
  • 1.98Si1-yAlyO4-0.5y:Eu0.022+光谱的Gaussian拟合结果'>    5.3.7 Ba1.98Si1-yAlyO4-0.5y:Eu0.022+光谱的Gaussian拟合结果
  • 2+的热稳定性和封装性能'>    5.3.8 样品BSAO:Eu2+的热稳定性和封装性能
  •   5.4 本章小结
  •   参考文献
  • 3Ga2(Al3-ySiy)(O12-yNy):Ce3+系列发光材'>第六章 适用于交流LED的Gd3Ga2(Al3-ySiy)(O12-yNy):Ce3+系列发光材
  •   6.1 引言
  •   6.2 实验部分
  •   6.3 实验结果与分析
  •     6.3.1 XRD、元素分布、形貌和尺寸分布研究
  •     6.3.2 能带和态密度分析
  •     6.3.3 PL性能研究
  •     6.3.4 封装性能研究
  •   6.4 本章小结
  •   参考文献
  • 第七章 结论与展望
  •   7.1 结论
  •   7.2 不足与展望
  • 在学期间的研究成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 毛爱君

    导师: 王育华

    关键词: 白光,发光材料,双取代,光谱调控

    来源: 兰州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 物理学,有机化工

    单位: 兰州大学

    基金: 自然科学基金(Grant no.51372105),自然科学基金(Grant no.51502122),甘肃发改委基金(NDRC no.2013,1336),甘肃发改委基金(No.51372105)

    分类号: TQ422;O482.31

    总页数: 113

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