鋁氮化物熒光材料的合成及性能研究.pdf

1、嚴重能源短缺以及環(huán)境污染成為目前必須解決的重要問題。在照明和顯示領域，發(fā)展新型節(jié)能環(huán)保光源成為一個重要研究方向。白光LED照明設備以其節(jié)能環(huán)保、壽命長、效率高等特點正成為主流的照明顯示技術，受到了人們廣泛的關注與青睞。
　　白光LED的獲得方式主要是藍光發(fā)射的InGaN LED芯片配合黃色的YAG∶Ce熒光粉，但是由于紅光部分的缺失，顯色指數(shù)較低，不能滿足日常照明需求。解決的主要方法是添加紅色熒光粉或者用紫外芯片激發(fā)三基色熒光粉來

2、實現(xiàn)白光。熒光粉都扮演著至關重要的作用，熒光粉的性能決定了照明效果和器件的質(zhì)量。
　　相比于傳統(tǒng)熒光粉基質(zhì)，（氧）氮化物以其優(yōu)越的性能，成為最受關注的熒光粉基質(zhì)材料。氮化物有非常多樣化的晶體結構，導致稀土發(fā)光離子具有豐富、可控的局域配位環(huán)境，從而可以調(diào)控稀土離子能級的晶體場劈裂，獲得色彩豐富的發(fā)射光。同時，氮化物的晶體結構化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，熒光粉的熱淬滅小，發(fā)光穩(wěn)定。由于以上優(yōu)點，氮化物熒光粉非常適合作為白光LED用下轉換發(fā)

3、光材料。
　　本文主要研究了鋁氮化物發(fā)光材料，共分為六章
　　第1章為緒論部分，主要介紹了照明技術的發(fā)展簡史、發(fā)光和LED技術以及稀土發(fā)光的相關知識。并針對白光LED用熒光粉進行了詳細介紹，重點是氧氮化物熒光粉。
　　第2章報道了溶膠凝膠法制備納米AlN∶Eu2+熒光粉和AlN∶Ce3+熒光粉。以Al(NO3)3和檸檬酸為原料，詳細地研究了原料比例和焙燒溫度對熒光粉晶體結構的影響。結果表明最佳的合成條件是:硝酸鋁和檸檬

4、酸的比例為0.7，合成溫度為1500℃。溶膠凝膠法制備的AlN熒光粉純度高，為粒徑大約200nm的納米熒光粉。稀土離子Eu2+和Ce3+均容易進入晶格，AlN∶Eu2+和AlN∶Ce3+熒光粉的發(fā)光波長分別為520nm和430nm。
　　第3章報道了AlN∶Ce3+，Tb3+和Al5O6N∶Ce3+，Tb3+熒光粉的制備和能量傳遞現(xiàn)象。成功地用高溫固相反應法制備了AlN∶Ce3+，Tb3+和Al5O6N∶Ce3+，Tb3+熒光粉，

5、研究發(fā)現(xiàn)Ce3+離子可以顯著增強Tb3+離子的發(fā)光。計算發(fā)現(xiàn)在兩種熒光粉中都存在高效的能量傳遞現(xiàn)象，能量傳遞效率都超過95％。通過Blasse理論和Dexter理論的計算和分析，證明這種能量傳遞屬于電偶極和電偶極交互作用機理。
　　第4章報道了MAlSiN3∶Eu2+(M=Ca、Mg)熒光粉的制備合成和發(fā)光性能研究。通過添加助熔劑，成功在1600℃、無壓N2氣氛下制備了高性能的紅色熒光粉。通過熱重分析和差熱分析，發(fā)現(xiàn)了CaAlSi

6、N3的成相機理:不加助熔劑時，低溫下Si3N4和Ca3N2反應生成中間相，高溫再與AlN反應生成CaAlSiN3;加BaF2后，Si3N4、AlN和Ca3N2在較低的溫度下一步反應生成CaAlSiN3。研究了Sr、Mg取代Ca固溶體的物相和發(fā)光性能。首次成功制備了MgAlSiN3∶Ce3+藍色熒光粉，其激發(fā)波長為350nm，發(fā)射波長為475nm，是一種很有潛力的白光LED用藍色熒光粉。
　　第5章報道了Sr1-xCaxLiAl3N

7、4∶Eu2+熒光粉的研究。利用固相反應法，通過調(diào)節(jié)AlN的含量在N2/H2混合氣氛下制備出純SrLiAl3N4∶Eu2+熒光粉，研究了Ca2+離子取代Sr2+離子對物相發(fā)光和結構的影響。隨著Ca2+離子含量的增加，發(fā)光紅移。利用CASTEP計算發(fā)現(xiàn)Ca2+離子在結構中的取代位置。分析了Eu2+離子在Sr1-xCaxLiAl3N4∶Eu2+晶格中的分布。同時發(fā)現(xiàn)少量Ba2+取代Sr2+可以提高發(fā)光強度，為優(yōu)化SrLiAl3N4∶Eu2+熒