白光LED用纳米荧光粉制备及发光性质的研究

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本论文采用燃烧法分别合成了YAG:Ce<'3+>纳米荧光粉和适于紫外光激发的纯及掺杂的Sr<,2>CeO<,4>单相纳米荧光粉,研究了制备条件对其晶体结构、粒度、表面形貌以及发光性质的影响。这种方法制备的荧光粉组分均匀,粒度分布均匀,烧结后不需研磨,粉体的二次特性好。由于尺寸小到了纳米量级,影响了其发光和动力学性质,使某些物理性质发生了改变。我们在上述纳米荧光粉中观察到了吸收边蓝移、谱线位移、荧光寿命改变及发光强度改变等新现象。主要结果如下: 首先,以甘氨酸为燃烧剂制备了YAG:Ce<'3+>前驱体,退火后合成了平均粒径约为16~42 nm的YAG:Ce<'3+>纳米荧光粉。实验发现:在燃烧过程中加入氯化钾后,在较低温度(900℃)下即可合成纯相YAG,有效地抑制了纳米晶之间的团聚问题,使发光强度提高了约1.6倍。在燃料/氧化剂摩尔比为2.0,掺杂摩尔浓度为0.03时,样品发光最强。与体材料相比,由于表面效应和小尺寸效应等对光谱结构及性质的影响,900℃下退火的纳米样品的发射峰蓝移了8 nm,其吸收边也发生蓝移,且Ce<'3+>的荧光寿命由51.5 ns减小到10.4 ns。 其次,以甘氨酸为燃烧剂制备了纯Sr<,2>CeO<,4>前驱体,退火后合成了平均粒径约为12~50 nm的Sr<,2>CeO<,4>纳米荧光粉。实验表明:当甘氨酸用量约为理论用量的1.5倍,点火温度为400℃时,在1000℃下退火2 h即可合成正交晶系的纯相Sr<,2>CeO<,4>。与体材料相比,纳米Sr<,2>CeO<,4>的吸收边发生蓝移;比较不同粒径的Sr<,2>CeO<,4>的吸收谱,发现其吸收边随粒径的增大红移。Sr<,2>CeO<,4>纳米荧光粉的激发光谱是一个宽带双峰结构,两个峰分别位于300 nm和340 nm,分别对应终端上Ce<'4+>-O<'2->-Sr<'2+>键和平面上Ce<'4+>-O<'2->-Ce<'4+>键的电荷转移跃迁。不同条件下,两峰强弱对比发生明显变化,1200℃退火更有利于340 nm激发。发射光谱也是一个宽带,最大峰位于470 nm,来源于Sr<,2>CeO<,4>的Ce<'4+>-O<'2->电荷转移态发光。 另外,还研究了Sr<,2>CeP<,4>:Re<'3+>(=Re<'3+>=Eu<'3+>,Sm<'3+>或Dy<'3+>)纳米荧光粉的发光性质。研究表明:Sr<,2>CeO<,4>基质与稀土离子间发生了能量传递,Sr<,2>CeO<,4>:Re<'3+>纳米荧光粉的的发射光谱均出现了相应稀土离子的特征峰。可通过调节稀土离子的浓度来调节发光的颜色。单掺Eu<'3+>可以实现白光发射。当Eu<'3+>的掺杂浓度为2 mol%时,样品的色坐标值为x=0.3312,y=0.3178。单掺Sm<'3+>或Dy<'3+>的Sr<,2>CeO<,4>均可以实现近白光发射。当Sm<'3+>浓度为1 mol%时,色坐标为x=0.3062,y=0.2674;当Dy<'3+>浓度为1 mol%时,色坐标为x=0.2558,y=0.2739。 最后,还研究了共掺杂Sr<,2>CeO<,4>纳米荧光粉的发光性质。在Sr<,2>CeO<,4>:Sm<'3+>(0.25mol%)中掺入Mn<'2+>或Dy<'3+>,通过调节Mn<'2+>或Dy<'3+>的浓度可调节其色坐标。未掺Mn<'2+>或Dy<'3+>时,样品色坐标为x=0.2149,y=0.2352;当Mn<'2+>浓度为5 mol%时,x=0.2350,y=0.2920;当Dy<'3+>浓度为1 mol%时,x=0.2681,y=0.2792。
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