论文部分内容阅读
随着白光LED (Light Emitting Diode)逐步渗透到室内照明,人们对于白光LED性能的要求已从最初单纯地追求高光效转变为兼顾高显色、低色温。在目前普遍使用的蓝光芯片+荧光粉型白光LED中,红色荧光粉对提高其显色性起着十分重要作用。氮化物红色荧光粉因具有物理化学稳定性好、光谱特性优异等诸多优点,受到研究者广泛的关注。由于合成原料熔点高、惰性强等原因,氮化物荧光粉的合成普遍较为苛刻,低成本制备物相纯正、发光性能优异的该体系荧光粉是世界范围内的共性科学和技术难题。在目前得到实际应用的氮化物红粉中,M2Si5N8:Eu2+具有较高的量子效率且可在常压、相对低温(1500-1700℃)条件下合成,但相对较差的热猝灭性能限制了它在高端产品中的应用。因而,通过深入研究其结构特性与热猝灭性能之间的内在联系,进而改善其性能对推动该材料的应用、降低LED器件成本具有重要的科学和现实意义。本论文一方面以提升M2Si5N8:Eu2+荧光粉的热猝灭性能为目的,采用离子掺杂替代手段,研究了其结构、光谱和热猝灭性能的变化规律和机制。另一方面,研究了基于M2Si5N8组分设计合成Eu2+激活SrSiN2, SrAlSi4N7等氮化物荧光粉的结构和荧光性能,并讨论了其合成机制。最后,提出了开发新型氮化物荧光粉的新思路,并开展了探索性的工作。研究了基质晶体结构和Eu2+浓度变化对M2Si5N8(M=Ca,Sr,Ba):xEu2+荧光粉热猝灭性能的影响。随着Eu2+浓度的增加,Sr2-xSi5N8：xEu2+荧光粉的热猝灭性能先上升后降低,当x=0.05时,热猝灭性能最佳；热猝灭性能变化的原因主要是由于Eu2+占据不同Sr格位(Srl和Sr2)的相对几率发生了改变。当Eu2+浓度较低时,Eu2+主要占据Srl格位；随着Eu2-浓度的提高,Eu2+占据Sr2格位的几率增加,Eu-N平均键长缩短,热猝灭性能提升。当Eu2+浓度超过猝灭浓度时,Eu2+之间相互作用增强,热猝灭性能降低。采用碱土金属固溶,合成了Sr1.95-xCaxSi5N8:0.05Eu2+系列荧光粉,并研究了x值变化对样品的结构、光谱和热猝灭性能的影响。在Sr1.95-xCaxSi5N8:0.05Eu2+体系中,随着x值的增大,样品的热猝灭性能逐渐降低。当x<1.2时,样品为Sr2Si5N8相,随着x值的增大,斯托克斯位移增大,热猝灭性能降低。当x介于1.2和1.6之间时,样品为Sr2Si5N8和Ca2Si5N8的混合相；当x>1.6时,样品为Ca2Si5N8相；由于Ca2Si5N8相的结构稳定性较低,样品的热猝灭性能出现大幅度下降。在Sr1.95-xBaxSi5N8:0.05Eu2+体系中,Ba2Si5N8和Sr2Si5Ng可以完全固溶。当x值介于1.0和1.5之间时,随着x值的增大,样品的热猝灭性能逐渐提升。可能的原因如下：当x<1.0时,由于Srl-N平均键长较长,Ba2+主要占据Srl位置：当1.0≤x≤1.5时,Sr1位置被Ba2+基本占满,由于Sr2+和Eu2+的半径更为匹配,Eu2+占据Sr2位置的几率增加,导致其平均Eu-N键长缩短,热猝灭性能提升。采用Al-N部分替代Si-N键合成了Sr2AlxSi5-xN8-(?):Eu2+荧光粉,研究了其结构、光谱和热猝灭性能的变化规律。A1替代Si最大掺杂量小于x=0.7；X射线粉末衍射、透射电镜及核磁共振测试结果证实了A]成功地进入基质晶格中,且在结构中以[AlN4]四面体形式存在。荧光性能测试结果表明,适量的A1替代Si对Sr2AlxSi5-xN8-(?):Eu2+荧光粉的光色性能影响较小；随着A1含量的增加,Eu2+周围晶格收缩,Eu-N共价性增强,荧光粉的热猝灭性能得到一定的提升；但当A1含量过高时,样品开始出现杂相,结晶性变差,体系热猝灭性能开始下降。基于M2Si5N8特殊的结构特点,在常压条件下,设计合成了高性能的SrSiN2:Eu2+和SrAlSi4N7:Eu2+氮化物红色荧光粉,并研究了其荧光性能和合成机制。采用此方法所制备的荧光粉较常规法所制备的荧光粉具有较好的结晶度和外量子效率。研究了Ce3+,Eu2+共掺SrAlSi4N7荧光粉的能量传递现象,其能量传递的机理为电偶极子-电偶极子的相互作用；通过能量传递方式,该体系荧光粉的光效得到了进一步的提升。以Ca2Si5N8设计合成CaAlSiN3为研究对象,确定了其合成反应的机制为：Ca2Si5N8→CaSiN2→CaAlSiN3。最后,基于以上工作基础,提出了以Sr2Si5N8-AlN-Si3N4三元体系设计新型氮化物荧光粉的新思路。