论文摘要
高效蓝光芯片（LED）的问世,使得白光LED成为获得白光的重要方式,并发展为第四代照明光源。稀土荧光粉作为白光LED的中重要的光转换材料,成为研究领域的热点。随着蓝光LED的发射波段进一步向近紫外区域拓展,相匹配的荧光粉也要不断进行研发。大部分的三价稀土离子(Re3+)的发光源自4f-4f的组内跃迁,由于4f外层电子的屏蔽作用,其激发和发射峰位受基质影响相对较小,光谱特性相对固定。所以,本论文定位于f-d组间跃迁的过渡金属离子Cr3+和稀土离子Ce3+,研究其所处晶体场影响而体现出的光学特性的变化,也通过对其晶体场环境的强弱判断来推断其所处的具体格位。相互印证,不仅能完善理论对实践的指导,还能更好地探索新的基质材料来拓展荧光粉的类型。另外,也对目前高功率白光LED照明领域所缺失的绿光荧光陶瓷,进行了制备工艺的探索。本论文主要从以下四个方面进行展开:（1）在过去的近几年里,近紫外激发的三基色荧光粉成为获得白光LED的研究热点。发射位于400nm附近的芯片,是目前已有的效率最高的近紫外芯片（near-UV LED）。但是,目前大部分的蓝光荧光粉在400nm的激发并不十分有效。我们开发了新型蓝色荧光粉SrLu2O4:Ce3+,能够很好地与400nm近紫外LED匹配,且热稳定性优秀。在405nm激发下,发射出峰值为于460nm的,半高宽为90nm的宽带蓝光发射。优化得到的最佳离子掺杂浓度的样品,其内量子效率为76%。在150℃工作温度下,其发射强度仍然能保持室温下发射强度的86%。通过与商业黄光荧光粉和红光荧光粉混合,涂覆在405nm近紫外芯片上获得白光LED器件。通过调节组分的比重,能够在保持高显色指数（Ra≥90）的情况下,色温控制在3094-8990K范围内可调。以上这些特性都表明,SrLu2O4:Ce3+是有前景的近紫外激发的白光LED光转换用发光材料。（2）先前关于在Ce3+掺杂的SrLn2O4类型荧光粉（Ln=Y,Lu,Sc等）中,只表现出一个发光中心,且为蓝光发射。在本章中,我们观察到了在SrLu2O4:Ce3+中的Ce3+的第二个发光中心。该发光中心可以在485nm激发下,发射出峰值位于600nm的宽带红光发射。我们认为,这个新的发光中心（Ce（II））是占据了Lu3+格位,而蓝光发光中心（Ce（I））是源自Sr2+格位的占据。光谱学分析表明,在低掺杂浓度下,优先形成Ce（I）发光中心,且发光中心的数量比Ce（I）/Ce（II）随着Ce3+掺杂浓度增加而明显减小,直到x达到0.004。两个发光中心的荧光寿命随着掺杂浓度的变化也进行了测量,可以观察到Ce（I）向Ce（II）的能量传递。当温度升高从83K到350K时,Ce（II）的发光强度的减弱的速度要明显快于Ce（I）中心,说明可以利用其相对发光强度比率来反映温度的变化,且在283K时,计算得相对敏感度高达2.28%K-1。（3）Cr3+掺杂的石榴石结构的Ca2LuZr2Al3O12（CLZA）荧光粉,是有前景的宽带近红外荧光粉,其激发峰能够与460nm蓝光芯片完美匹配。使用该荧光粉同460nm蓝光LED封装,获得750-850nm范围的近红外光的输出。而且,其电光效率为4.1%,要优于目前常规的钨灯的效率（2.9%）。在CLZA基质结构中,Cr3+占据Ca2+/Lu3+和Zr4+格位,分别形成两个发光中心Cr1、Cr2。对于CLZA:xCe3+,yCr3+系列样品,Ce3+和Cr3+分别占据正十二面体格位和正八面体格位,并对两种激活离子所处格位的晶体场强进行计算。由于Cr3+的吸收能力较弱这一固有属性,通过引入Ce3+作为敏化剂来提高荧光粉对近紫外光的吸收,并计算出Ce3+向Cr3+的高效的能量传递速率。在对CLZA:Cr3+样品的温度依赖性关系进行分析时,发现其升温过程有两个热过程,为低温热猝灭和高温热离化过程,并对两个过程的具体激活能进行了计算与分析。（4）高功率白光LED/激光照明是照明领域的发展趋势,而荧光透明陶瓷又是高功率照明领域的重要光转换材料。针对目前荧光透明陶瓷的研究还是以黄光透明陶瓷为主,部分为红光氮化物陶瓷,而绿光透明陶瓷一直是研究的短板。所以,在前期关于黄光透明陶瓷(YAG:Ce3+)制备工艺的基础上,我们对Ca3Sc2Si3O12:Ce3+基绿光透明陶瓷的制备工艺进行了研究。首先对于结构更为复杂的Ca3Sc2Si3O12样品,采用先合成粉体再高温生长晶体的路径。先后从球磨介质、球磨时间和球磨转速等方面对粉体粒径分布的影响进行展开。得到了目前烧结条件下的“最优粒径分布”,以及直线透过率14%的绿光陶瓷样品。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 张晟
导师: 张家骅
关键词: 稀土,荧光粉,镥酸锶,石榴石,透明陶瓷
来源: 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
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: 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
分类号: TQ422;O482.31
总页数: 107
文件大小: 11567K
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