新型氧氮化物熒光材料的開發(fā)及優(yōu)化.pdf

1、進入21世紀以來，環(huán)境污染和能源的過渡消耗日益嚴重，節(jié)能環(huán)保成為了這個時期的主題。在照明顯示領(lǐng)域，同樣掀起了節(jié)能熱潮，傳統(tǒng)的照明器具（白熾燈、高壓鈉燈等）和顯示技術(shù)（CRT、FED等）已逐漸被人們所拋棄，取而代之的是白光LED顯示照明器件，白光LED以其能耗少、壽命長、污染小、工作電壓低等特點逐漸受到人們的親睞。
　　傳統(tǒng)實現(xiàn)白光LED的方案為藍光LED芯片復(fù)合YAG∶Ce3+黃色熒光粉體，此方案從研發(fā)成功一直沿用至今已有十幾年歷

2、史，但是隨著人們將LED應(yīng)用在大規(guī)模顯示技術(shù)上，傳統(tǒng)方案的顯色指數(shù)(75)已不能滿足人們的需求，以三基色為配色方式的白光LED方案逐漸進入高端顯示領(lǐng)域，考慮到成本因素，一般不采取純芯片結(jié)構(gòu)，采取的方案主要有兩種:用藍光芯片復(fù)合可被藍光激發(fā)的黃綠色熒光粉與紅色熒光粉方案;紫外芯片復(fù)合可被紫外激發(fā)的紅綠藍三色熒光粉方案。從中我們可以看到，不管是哪一種方案，作為光轉(zhuǎn)換材料的熒光粉都是必不可少的，熒光材料的性質(zhì)直接影響到LED器件的成本和質(zhì)量。

3、因此，開發(fā)出成本廉價、制備簡單、性質(zhì)優(yōu)異的熒光材料是白光LED照明顯示領(lǐng)域的重要課題。
　　隨著顯色指數(shù)和節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，穩(wěn)定性差、色度單一的傳統(tǒng)稀土摻雜的氧化物、硫化物體系熒光粉體的參數(shù)已不能滿足技術(shù)需求，稀土摻雜的（氧）氮化物材料以其穩(wěn)定的化學性質(zhì)、多樣化的晶體結(jié)構(gòu)、豐富的光譜性質(zhì)、高量子效率、較小溫度猝滅等優(yōu)異的性質(zhì)逐漸嶄露頭角。但在此領(lǐng)域一直有一個阻礙其發(fā)展和商業(yè)化的因素:傳統(tǒng)（氧）氮化物材料合成條件苛刻。特殊的原

4、材料、高溫、高壓、保護氣氛等條件大大的提高了合成成本，而且過高的合成溫度導(dǎo)致的粉體團聚也給熒光材料在LED封裝上帶來了不便。本論文立足于解決目前LED用（氧）氮化物熒光材料商業(yè)化的癥結(jié)來開展課題，通過研發(fā)新型低溫（氧）氮化物物相和開發(fā)有效、廉價制備工藝來解決業(yè)界的難點問題。為新型熒光粉體的開發(fā)提供了新的思路，也為（氧）氮化物粉體商業(yè)化提供了新的解決方案，
　　本論文分為六章:
　　第一章緒論，介紹了發(fā)光以及人造光源的歷史和發(fā)

5、展，對發(fā)光材料的常用參數(shù)做了簡介，對目前幾種常用的稀土摻雜（氧）氮化物熒光材料的晶體結(jié)構(gòu)、光致發(fā)光性能、科學前研進行了簡單的介紹和分析，結(jié)合目前商業(yè)化的難點和科學發(fā)展的熱點提出本論文的立足點和和工作思路。
　　第二章為實驗部分，主要介紹了文章中所用的試劑、合成方案、制備設(shè)備、測試方案及儀器。
　　第三章報道了，通過尋找中間相的方法，成功開發(fā)出了適合稀土摻雜的Ca2AlSi3O2N5和Ca2Si3O2N4氧氮化物物相，并利用能

6、量轉(zhuǎn)移原理對Ca2AlSi3O2N5∶Eu2+熒光粉體進行了優(yōu)化。研究表明:該兩種粉體均可以在1450℃的燒結(jié)溫度下呈相，這相比于傳統(tǒng)SiAlON基材料的燒結(jié)溫度降低了300℃之多，它們優(yōu)秀的光致發(fā)光性能和與紫外LED光譜的高度匹配性，使它們具有應(yīng)用在紫外LED用三基色熒光粉的潛質(zhì);我們通過能量轉(zhuǎn)移原理用Ce3+作為敏化劑對Ca2AlSi3O2N5∶Eu2+進行了優(yōu)化，將其發(fā)射光譜強度提高了近50％，通過實驗和理論計算擬合的方法，明確了

7、能量傳遞機理和臨界距離。
　　第四章報道了一種新型制備納米AlN∶ Eu2+熒光粉體的方案，這是學術(shù)界首次制備出具有如此小粒徑（15nm）的納米氮化物熒光粉體。我們模仿制備納米氧化物的溶膠凝膠法，成功利用AlCl3為原料，三乙胺為氮源制備有機前驅(qū)體后直接分解為AlN，這種方案可以在1200℃即制備出結(jié)晶良好的AlN∶Eu2+納米熒光粉體，克服了學術(shù)界中Eu2+難以摻入AlN晶格的難題，我們對反應(yīng)條件進行了適當?shù)膬?yōu)化，對反應(yīng)機理給出

8、了合理的解釋。納米氮化物熒光粉體的問世將為熒光粉體的封裝提供便利，也為氮化物熒光粉體在熒光示蹤領(lǐng)域的應(yīng)用開啟新的篇章。
　　第五章以目前商業(yè)化最廣泛的紅色氮化物熒光粉CaAlSiN3∶ Eu2+熒光粉體為目標產(chǎn)物，設(shè)計開發(fā)了一種利用廉價電石制備此種粉體的方案，該方案相比于傳統(tǒng)的金屬氮化等方案，具有可操作性強，制備成本低的優(yōu)勢。我們利用氣相氮化還原和加入添加劑的辦法克服了反應(yīng)中的不利因素:碳。有效的制備出該種紅色熒光粉體，并對其光致