高硅氧玻璃中稀土離子的摻雜量優(yōu)化和發(fā)光性能研究.pdf

1、功率型白光LED作為新一代綠色照明光源，已經(jīng)掀起了一個淘汰白熾燈、替代熒光燈，全面進入通用照明領(lǐng)域的高潮。但因它基于 LED芯片+黃光熒光粉的工作原理，仍然存在熒光粉熱穩(wěn)定性差、專利壁壘等問題，成為限制整個LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。稀土摻雜高硅氧玻璃相比熒光粉材料熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)越，采用倒裝紫外 LED芯片+高硅氧玻璃的封裝結(jié)構(gòu)可突破專利封鎖，得到空間色度分布均勻的白光 LED；且高硅氧玻璃成分與石英玻璃近似，可用于制備特種光纖、

2、改善光纖放大與傳輸特性。但現(xiàn)有稀土摻雜高硅氧玻璃的發(fā)光強度仍需進一步提高，才能滿足實際應(yīng)用需求。
　　稀土摻雜高硅氧玻璃的發(fā)光強度主要受稀土離子摻雜量的影響：未發(fā)生濃度猝滅時，稀土離子摻雜量越多，高硅氧玻璃發(fā)光越強；發(fā)生濃度猝滅后，稀土離子摻雜量繼續(xù)增加，高硅氧玻璃發(fā)光強度反而減弱。為提高稀土摻雜高硅氧玻璃的發(fā)光強度，需要對稀土離子摻雜量進行優(yōu)化。但由于缺乏稀土離子摻雜量的定量分析理論，目前通行的優(yōu)化方法大多通過實驗來實現(xiàn)，即通過

3、調(diào)節(jié)摻雜工藝參數(shù)、制備玻璃樣品、測試發(fā)射光譜等一系列實驗，來獲得稀土離子摻雜量最優(yōu)時的工藝參數(shù)耗費時間和資源。
　　針對上述問題，論文主要完成了以下幾個方面的研究工作：
　?、籴槍ο⊥翐诫s高硅氧玻璃中稀土離子摻雜量未知的問題，分析了多孔玻璃中稀土離子摻雜的機理，結(jié)果表明，高硅氧玻璃中稀土離子摻雜量等于孔隙擴散通量和表面吸附量之和，其中，孔隙擴散的驅(qū)動力是濃度梯度，而表面吸附是由表面羥基與稀土離子之間的離子交換造成的；根據(jù)稀土

4、離子摻雜機理，結(jié)合質(zhì)量守恒定律，建立了稀土離子摻雜量的理論模型，為摻雜量的定量分析奠定了理論基礎(chǔ)。
　?、跒榱颂岣吒吖柩醪Ａе械南⊥岭x子摻雜量，根據(jù)高硅氧玻璃中稀土離子摻雜量的理論模型，模擬分析了多孔玻璃中稀土離子的濃度分布、孔隙擴散通量、表面吸附量和稀土離子摻雜量的影響因素，結(jié)果表明：高硅氧玻璃中稀土離子摻雜時間主要由多孔玻璃厚度決定；摻雜時間足夠長時，稀土離子摻雜量的影響因素按影響力大小排序依次是摻雜溶液濃度、多孔玻璃孔容積和

5、多孔玻璃比表面積；進一步從理論上證明了增加稀土離子摻雜量的最有效方法是提高摻雜溶液中稀土離子濃度。
　?、蹫榱蓑炞C稀土離子摻雜量理論模型和影響因素分析的正確性，通過改變摻雜溶液濃度、摻雜時間、多孔玻璃參數(shù)和是否共摻 Al3+等制備參數(shù)，實驗制備了具有不同稀土離子摻雜量的高硅氧玻璃樣品。采用紫外可見分光光度計測量的吸光度定性驗證了摻雜量理論模型和影響因素分析的正確性，得到提高摻雜溶液濃度，可大幅度線性增加高硅氧玻璃中稀土離子的摻雜量

6、；增加摻雜時間和多孔玻璃孔容積也可少量增加稀土離子摻雜量；此外，共摻 Al3+會明顯減少稀土離子摻雜量。
　?、転榱藘?yōu)化高硅氧玻璃中稀土離子的摻雜量，分析了稀土摻雜高硅氧玻璃發(fā)光強度的影響因素，得到多孔玻璃制備和燒結(jié)參數(shù)一致時，高硅氧玻璃的發(fā)光強度僅與稀土離子摻雜量有關(guān)。分析了Ce3+離子摻雜量對高硅氧玻璃發(fā)光性能的影響，得到了Ce3+離子發(fā)射光在較短波長390nm時，最優(yōu)摻雜量約為1.6807×10-6mol/g～1.7812×

7、10-6mol/g；在較長波長418nm時，最優(yōu)摻雜量約為5.2742×10-6mol/g；少量共摻Al3+可明顯提高Ce3+摻雜高硅氧玻璃發(fā)光強度。
　?、轂榱耸瓜⊥翐诫s高硅氧玻璃應(yīng)用于白光 LED，實驗制備了不同摻雜比例的Eu2+/Dy3+，Ce3+/Dy3+共摻高硅氧玻璃，分析了兩種離子間的能量傳遞過程，發(fā)現(xiàn)Eu2+/Dy3+共摻的摻雜方案由于 Dy3+→Eu2+的能量傳遞，不能實現(xiàn)近白光發(fā)射；而Ce3+/Dy3+共摻高硅氧