共沉淀制備鈰摻雜釔鋁石榴石熒光粉及其發(fā)光性能研究.pdf

1、白光LED具有能耗少、無污染等優(yōu)點，被喻為第四代照明光源，具有廣闊的應(yīng)用前景,鈰摻雜釔鋁石榴石(Ce-dopedYttriumAluminumGarnet，YAG:Ce)是制備白光LED的首選熒光粉。濕化學(xué)方法與固相法相比，降低了煅燒溫度、縮短了煅燒時間。共沉淀法與其他濕化學(xué)方法相比，成本低廉、設(shè)備簡單、易于大規(guī)模生產(chǎn)。因此，共沉淀法被廣泛應(yīng)用于制備熒光粉。但前人的研究主要集中在對熒光粉發(fā)光性能的分析，未系統(tǒng)探究沉淀工藝對熒光粉理化性能

2、，特別是發(fā)光性能的影響。同時，為了滿足不同照明環(huán)境要求，需要生產(chǎn)不同色坐標(biāo)和色溫的光源，這需要調(diào)節(jié)YAG:Ce熒光粉的發(fā)射波長，而稀土摻雜是一種有效的改變YAG:Ce發(fā)射波長的方法。表面包覆是一種常用的熒光粉后續(xù)處理工藝，包覆使熒光粉和外界隔離，可以大大改善熒光粉表面結(jié)構(gòu)、有效降低表面缺陷，改進(jìn)熒光粉的發(fā)光性能。 本論文工作以共沉淀法制備YAG:Ce熒光粉為目標(biāo)，研究了沉淀工藝條件對熒光粉理化性能的影響，探討了稀土摻雜對熒光粉結(jié)

3、構(gòu)和發(fā)光性能的影響，并對制備的熒光粉體進(jìn)行了包覆處理。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下： (1)研究了沉淀劑對前驅(qū)體制備的影響，結(jié)果表明：碳酸氫銨作沉淀劑制備的前驅(qū)體分散性好，煅燒過程中直接轉(zhuǎn)變?yōu)閅AG相，沒有雜相生成。討論了沉淀劑濃度、沉淀和陳化溫度以及陳化時間對化學(xué)計量比的影響，所得最佳工藝參數(shù)為：碳酸氫銨與總陽離子摩爾比＞4，沉淀和陳化在室溫下進(jìn)行，沉淀結(jié)束后陳化8小時以上。分析了團(tuán)聚產(chǎn)生的原因以及控制團(tuán)聚的工藝措施。結(jié)果表明，在乙

4、醇和水的混合溶液中進(jìn)行沉淀，并在沉淀時加入適量的高分子表面活性劑，采用共沸蒸餾對粉體進(jìn)行干燥，能改善粉體的分散性。 (2)煅燒過程中保持鈰為三價對提高粉體發(fā)光性能非常重要。因此，對還原方式進(jìn)行了分析，研究認(rèn)為，先在空氣中合成YAG結(jié)構(gòu)，然后在還原氣氛中煅燒，能使鈰充分還原。粉體熒光衰減過程由于受到表面效應(yīng)影響，含有兩個指數(shù)項，長指數(shù)項代表了體相Ce3+的衰減，短指數(shù)項反映了表面Ce3+的衰減。研究了不同助熔劑對熒光粉性能的影響。

5、結(jié)果表明，BaF2是最合適的助熔劑，最佳添加量為助熔劑與前驅(qū)體質(zhì)量比1/10。對煅燒中的脫水、脫碳、晶化和晶粒生長過程進(jìn)行了動力學(xué)分析，結(jié)果表明：脫水過程反應(yīng)機(jī)理遵循Jander方程，對應(yīng)的活化能為119.3kJ/mol，Arrhenius頻率因子自然對數(shù)lnA=24.6s-1；脫碳過程對應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理按Avrami-Erofeev方程(n=3)，對應(yīng)的活化能為222.59kJ/mol，lnA=24.7s-1。晶化過程的表觀晶化活化能為1

6、115.18kJ/mol。受擴(kuò)散控制的晶粒生長活化能為226.06kJ/mol。 (3)研究了環(huán)境溫度、鑭系元素共摻雜對YAG:Ce粉體性能的影響。結(jié)果表明，YAG:Ce粉體的發(fā)光強(qiáng)度隨著環(huán)境溫度升高而減弱。當(dāng)溫度高于150K，開始出現(xiàn)明顯的發(fā)光熱猝滅。YAG:Ce衰減長時間項隨著溫度升高減??；衰減短時間項，隨著溫度的升高呈下降趨勢，由于受到表面效應(yīng)的影響中間出現(xiàn)小幅階躍。Ce1mol％取代Y時，發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大，進(jìn)一步增加鈰的

7、摻雜量導(dǎo)致濃度猝滅的發(fā)生。當(dāng)Gd3+取代Y3+超過50mol％時，導(dǎo)致GdAlO3相的出現(xiàn)。當(dāng)La3+取代Y3+超過20mol％時，YAG結(jié)構(gòu)完全消失，只存在LaAlO3相。隨著Gd、La摻雜量的增加，發(fā)射波長向長波長移動，發(fā)射光譜中紅色成分增加，藍(lán)色成分減少。 (4)研究了溶膠凝膠包覆Al2O3和固相法包覆SiO2。研究表明，溶膠凝膠法包覆Al2O3最佳工藝為：溫度90℃以上；選擇HNO3作膠溶劑，最佳濃度為0.025mol/

8、L。兩種包覆都沒有改變熒光粉的發(fā)射波長。Al2O3包覆使熒光粉發(fā)射強(qiáng)度略有下降，而SiO2包覆使熒光粉發(fā)射強(qiáng)度一定程度上得到提高。 本文的主要創(chuàng)新之處在于：以陽離子共沉淀為目標(biāo)，提出了合理的沉淀工藝參數(shù)。探討了環(huán)境溫度對熒光粉發(fā)光性能的影響。研究表明，隨著環(huán)境溫度的升高，表面Ce3+的衰減時間呈下降趨勢，由于受到表面效應(yīng)的影響中間出現(xiàn)小幅的階躍。Gd、La摻雜使發(fā)射波長向長波長移動，發(fā)射光譜中紅色成分增加，藍(lán)色成分減少。用室溫固