本文關(guān)鍵詞：紫外—近紫外基白光LEDs用新型磷酸鹽紅色熒光粉的制備及其性能研究

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【摘要】：白光LEDs的問世是照明領(lǐng)域的一次革命。光轉(zhuǎn)換型白光LEDs以其工藝簡單、成本低等優(yōu)勢(shì)一直受到該領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注,所用熒光粉亦成為發(fā)光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于缺少能夠被近紫外光和藍(lán)光激發(fā)的高效穩(wěn)定的紅色熒光粉,從而導(dǎo)致目前白光LEDs的顯色性偏低,極大地制約了其在照明領(lǐng)域的普及應(yīng)用。本論文以提升白光LEDs的發(fā)光性能為出發(fā)點(diǎn),利用磷酸鹽的良好熱穩(wěn)定性和物理化學(xué)穩(wěn)定性,開展以SrZn2(PO4)2和Sr3La(PO4)3為基質(zhì)材料的紅色熒光粉的研究,研制出了SrZn2(PO4)2:Eu2+, Sm3+、Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+、Sr3La(PO4)3:Sm3+, Eu3+、 Sr3La(PO4)3:Eu3+, A+(A=Li, Na, K)、Sr3La(PO4)3:Ce3+, Mn2+、Sr3La(PO4)3:Eu2+, Mn2+多種在紫外-近紫外波段具有寬帶吸收且發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)的新型磷酸鹽白光LEDs用紅色熒光粉。研究工作為提升白光LEDs的性能,推動(dòng)白光LEDs在照明領(lǐng)域的普及應(yīng)用具有重要的意義。論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新成果如下：(1)以SrZn2(PO4)2為基質(zhì),通過Eu2+、Sm3+共摻的方式,首次研制出在紫外-近紫外波段具有寬帶吸收且發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)的SrZn2(PO4)2:Eu2+, Sm3+橙紅色熒光粉,并對(duì)材料的發(fā)光性能進(jìn)行了深入地研究。研究結(jié)果表明,通過Eu2+對(duì)Sm3+的敏化作用,不僅增強(qiáng)了材料的橙紅光強(qiáng)度,且提升了材料對(duì)紫外波段350～380 nm的吸收能力,同時(shí)將400 nm處激發(fā)光譜的半峰寬加寬至20 nm左右。寬激發(fā)譜有助于解決由于LED芯片發(fā)射波長漂移所造成的紅光材料發(fā)光強(qiáng)度不穩(wěn)定的問題。(2)以Sr3La(PO4)3為基質(zhì),通過Eu2+、Sm3+共摻的方式,首次研制出在紫外-近紫外波段具有寬帶吸收、發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)的Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+橙紅色熒光粉。研究表明,相對(duì)SrZn2(PO4)2:Eu2+, Sm3+而言,Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+在300～380 nm波段的吸收強(qiáng)度更強(qiáng),且激發(fā)波長更靠近長波方向,斯托克斯位移更小。因此,就激發(fā)波長及斯托克斯位移而言,Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+的發(fā)光性能優(yōu)于SrZn2(PO4)2:Eu2+, Sm3+.此外,固定Eu2+濃度,調(diào)節(jié)Sm3+濃度時(shí),Sr3La(PO4)3:3%Eu2+,ySm3+(y=5%,7%和10%)熒光粉的色坐標(biāo)位于白色區(qū)域,且相關(guān)色溫分別為4248 K,4075 K和3598 K,呈現(xiàn)出目前白光LEDs領(lǐng)域少見的低色溫的暖白光特性,在白光LEDs室內(nèi)照明領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。(3)以Sr3La(PO4)3為基質(zhì),通過Sm3+、Eu3+共摻的方式,首次研制出在近紫外波段具有寬帶吸收且發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)的Sr3La(PO4)3:Sm3+,Eu3+紅色熒光粉,并對(duì)材料的發(fā)光性能進(jìn)行了深入地研究。研究結(jié)果表明,通過Sm3+對(duì)Eu3+的敏化作用,拓寬了材料在近紫外波段,尤其是395～405 nm波段的吸收,使得材料的激發(fā)范圍能夠與現(xiàn)有的功率較大的400 nm長波紫外芯片相匹配；材料Sr3La(PO4)3:5%Sm3+,7%Eu3+與Sr3La(PO4)3:7%Sm3+,5%Eu3+的發(fā)光強(qiáng)度強(qiáng)于商業(yè)紅粉Y2O2S:Eu3+,且外量子效率分別為41.2%,45.3%,相對(duì)Sr3La(PO4)3:Eu2+, Sm3+而言有大幅度提高。因此,材料Sr3La(PO4)3:7%Sm3+,5%Eu3+可作為“近紫外+三基色”白光LEDs領(lǐng)域有應(yīng)用前景的新型磷酸鹽紅色熒光粉。(4)在非平衡體系Sr3La(PO4)3:Eu3+中,通過添加堿金屬離子A+(A=Li、Na、K)的方式有效地提高了材料的紅色發(fā)光強(qiáng)度。通過研究不同半徑的A+對(duì)材料發(fā)光特性及晶格參數(shù)等的影響,明確了A+對(duì)非平衡取代發(fā)光體系的作用。當(dāng)添加5%Li+,5%Na+,5%K+時(shí),材料的發(fā)光強(qiáng)度分別提高到未添加時(shí)的3.558,1.768,1.215倍,材料Sr3La(PO4)3:5%Eu3+,5%Li+的光強(qiáng)最強(qiáng),色坐標(biāo)接近于商業(yè)紅粉Sr2Si5N8:Eu2+、 Y2O2S:Eu3+的色度值,且具有相對(duì)較高的外量子效率33.1%,研究顯示,Sr3La(PO4)3:5%Eu3+,5%Li+可作為“近紫外+三基色”白光LEDs領(lǐng)域有應(yīng)用前景的新型磷酸鹽紅色熒光粉。(5)以Sr3La(PO4)3為基質(zhì),以Ce3+、Mn2+共摻的方式,首次研制出在紫外波段具有寬帶吸收且發(fā)光強(qiáng)度較強(qiáng)的Sr3La(PO4)3:Ce3+, Mn2+寬譜橙紅色熒光粉。材料Sr3La(PO4)3:Ce3+, Mn2+在紫外波段有寬帶吸收,激發(fā)峰位于298 nm處；材料Sr3La(PO4)3:0.07Ce3+,0.25Mn2的發(fā)光強(qiáng)度較Sr3La(PO4)3:0.25Mn2+明顯增強(qiáng),說明Ce3+向Mn2+進(jìn)行了有效的能量傳遞,從而增強(qiáng)了材料的橙紅光強(qiáng)度;通過測量材料的光譜等性能,深入研究了材料中Ce3+向Mn2+的能量傳遞機(jī)理；測量了材料的外量子效率,最大為38.6%。研究結(jié)果表明,材料Sr3La(PO4)3:Ce3+, Mn2+將在“UV+三基色”白光LEDs用紅色熒光粉領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN312.8

【參考文獻(xiàn)】

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1 黃立輝;王晨s，

本文編號(hào)：1278907