白光发光二极管用几种典型氮(氧)化物荧光材料的制备及其发光性能的研究

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作为一类新型的白光发光二极管用荧光转换材料,氮(氧)化物因其丰富的发光颜色、较高的荧光转换效率、稳定的化学-物理性质以及较小的热猝灭性能,近年来备受关注。但是,相对于氧化物荧光材料来说,氮(氧)化物的研究还处于起步阶段。本论文针对目前氮(氧)化物荧光材料的研究中存在的主要问题,从三个方面展开研究:1.通过Al、Ga对典型硅基氮氧化物CaSi2O2N2:Eu2+晶体非金属层[Si2O2N2]2-中Si的部分替代对样品的光谱性能进行了调节与改善,探索了其中的光谱峰位移动以及发光强度提高的机理,结果表明:样品的光谱调控可以通过这种阴离子基团杂化的方式实现;此外,通过改变激活剂配位多面体的大小、对称性,减小激活剂离子进入基质晶格后的失配度,减弱其周围的晶格应变力,可以增加其在基质晶格中的稳定性,从而提高激活剂离子融入基质晶格中的几率,使荧光材料的发射强度增强。2.选用空气中稳定、简单易得的α-Si3N4、SrCO3、SiO2和Eu203为原料,在1400-1500℃、NH3-N2保护下制备合成了一种性能突出的新型红色硅基氮氧化物荧光材料Sr2SiNzO4-1.5z:Eu2+(0.7<z<1.2);其晶体结构为正交晶型,属于Pmnb:ba-c (no.62)空间群,其晶胞参数值分别为a=5.67366(5)A、b=7.09777(4)A、c=9.75112(1) A。在蓝光激发下(λ=460nm),样品的发射峰位于~620nm,半高宽为~95nm,量子效率可达78.0%。所制备的Sr2SiNzO4-1.5z:Eu2+系列样品的热稳定性优于YAG:Ce3+(PY3-46)商用粉。这些优异的性能使其成为极具吸引力的白光LED用红色荧光材料。3.通过对氮化硼基氮(氧)化物的制备和研究,提出了一种可用于较低温度、常压下制备氮(氧)化物荧光材料的方法。(1)在700-900℃,空气气氛,常压下,获得无稀土掺杂的BCNO:Al氮氧化物荧光材料。该材料在紫外和蓝光区均有较强的吸收,可被LED紫外或蓝光芯片有效激发:通过原料配比、制备条件的调控,BCNO:Al氮氧化物发光颜色从蓝光到橙红光可调,量子效率最高可达74.7%。(2)通过制备方法的探索和改进,采用了较为简便的两步合成方案,在较低温度、常压、无模板剂和催化剂的条件下,成功合成了大量具有六边形形貌、径向尺寸300-500nm、厚度~30nm的h-BN纳米片。该方案拓展了可用于在低温、常压下制备细小颗粒、均匀分布的氮化物发光材料的合成方法。
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