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白光LED是一种新型固态光源,被称为第四代绿色光源。近年来,硅氮(氧)化合物荧光粉由于可被紫外一可见光有效激发,具有光效高、热稳定、化学稳定性强、可设计性强、环境友好等优点,已经成为继YAG:Ce3+和硅酸盐荧光粉之后性能最好的LED用荧光粉。其中氮氧化物绿色荧光粉BaSi2O2N2:Eu2+因其制备成本低、光色度纯正、热性能稳定被视为很具发展前景的绿色荧光粉.文献综述表明,虽然BaSi2O2N2:Eu2+类荧光粉具有诸多优点,但仍存在激发光谱不够宽,发光效率需提升等问题,而且该类荧光粉结构与性能关系的研究亦不够深入。因此本文通过实验制备系统研究Eu2+掺杂、Sr2+掺杂、Mn2+掺杂对BaSi2O2N2: Eu2+荧光粉光学性能的影响,进而采用第一性原理计算方法研究了上述三类的BaSi2O2N2: Eu2+晶体结构,电子结构以及光学性能的关系。主要研究工作如下:(一)Eu掺杂BaSi2O2N2:Eu2+荧光粉的性能研究和模拟计算(1)实验制备了不同浓度Eu2+掺杂BaSi2O2N2:Eu2+荧光粉。研究表明,逐渐增大Eu2+浓度,荧光粉的激发和发射强度都是先变增加后降低,当Eu2+浓度为0.05时,发射强度达到最大,因此Eu2+的淬灭浓度为0.05。(2)第一性原理计算表明,BaSi2O2N2:Eu2+中Ba2+和Eu2+离子对光吸收都有贡献,尤其是Ba2+展现出长波吸收。随着Eu2+掺杂浓度增大,晶格收缩,Eu-N键长变短,晶体场强度增大,导致Eu2+基态到激发态之间能量差值变小,发射波长红移。(二)Sr2+掺杂BaSi2O2N2:Eu2+荧光粉的性能研究和模拟计算(1)实验制备了不同浓度Sr2+掺杂(Ba,Sr)Si2O2N2:Eu2+的荧光粉。研究表明,逐渐增大Sr掺杂浓度,发射光谱在497nm的发射强度逐步下降。当Sr2+掺杂浓度达到0.05,在566nm附近出现了新的发射峰,该发射光可能起源于样品中形成(Sr/Eu) Si2O2N2 固溶体。(2)模拟计算结果表明,当Sr2+进入到基质后,晶格参数减小,晶格体积收缩。导带1.1-4.9eV之间部分主要由Ba2+,Eu2+以及Sr2+共同的d电子态与Si4+3p电子态组成。Sr2+掺杂使Eu2+5d电子能级最低点到Eu的4f电子能级最低点之间能量差值变小,导致发射波长红移。(三)Mn2+掺杂BaSi2O2N2:Eu2+荧光粉性能研究和模拟计算(1)实验制备了 Mn2+-Eu2+共掺杂BaSi2O2N2:Mn2+、Eu2+荧光粉。研究过表明,通过Mn2+共掺杂,可以提高BaSi2O2N2:Eu2+荧光粉发射强度,改善光学性能。随着Mn2+掺杂浓度增加,BaSi2O2N2:Eu2+,Mn2+发射强度先增大后减小。Mn2+掺杂达到0.01时,发射光强度最强,比掺杂前发光强度增强55%。(2)模拟计算表明,Mn2+的掺杂导致荧光粉晶格畸变,Eu-O/N键长变短,Eu2+周围晶体场强度变大。Mn2+掺杂使BaSi2O2N2:Eu2+的吸收峰向长波方向移动,有利于吸收LED芯片所发射的蓝光。