(Ca1-xMx)2SiO4：Ce3+,Al3+(M=Mg,Sr,Ba)熒光粉的制備與發(fā)光性能研究.pdf

1、白光LED（Light-emitting diodes，簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)光二極管）作為新一代的綠色照明光源，其實(shí)現(xiàn)方式有多種，其中商業(yè)化的白光LED是由“Y3Al5O12:Ce3+黃色熒光粉+藍(lán)光 LED芯片”組合而成。但由于光譜中紅光部分的缺乏，該器件存在顯色指數(shù)低、色溫高等缺點(diǎn)。因而黃色熒光粉及其改善研究一直沒(méi)有停止過(guò)。硅酸鹽體系熒光粉因其性能優(yōu)良、合成過(guò)程簡(jiǎn)單、激發(fā)波長(zhǎng)（250~500 nm）較寬和寬帶發(fā)射峰等優(yōu)點(diǎn)，一直是研究的熱點(diǎn)。本文基

2、于硅酸鹽體系，研究了(Ca1-xMx)2SiO4:Ce3+,Al3+(M=Mg,Sr,Ba)系列熒光粉，以尋求性能高、基質(zhì)穩(wěn)定的新型黃色熒光材料，以期應(yīng)用于白光LED。主要工作和取得的結(jié)果如下：
　　（1）通過(guò)高溫固相法制備了一系列的γ-Ca2SiO4:xCe3+,yAl3+黃色熒光粉，熒光粉結(jié)晶性較好，有規(guī)則的形貌，無(wú)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象，顆粒粒徑在10-15μm之間，符合正態(tài)分布；Ce3+的最佳摻雜含量為x=0.5mol%；Al3+起

3、到平衡電荷、穩(wěn)定γ相的作用，Al3+的最佳摻雜含量y=4mol%，樣品的激發(fā)波段在250-500nm范圍內(nèi)，激發(fā)峰位于365nm和450nm處；發(fā)射主峰位于565nm處，能發(fā)射出明亮的黃光，且色坐標(biāo)均落于黃光區(qū)域，而摻氮對(duì)熒光粉的發(fā)光性能影響較??；在x=0.5mol%，y=4mol%時(shí)，熒光粉樣品在365 nm和450 nm激發(fā)下的熒光壽命值分別為τ1=103.9 ns和τ2=104.2 ns，Ce3+在此基質(zhì)中滿(mǎn)足單指數(shù)衰減規(guī)律，Ce

4、3+的納秒級(jí)熒光壽命與其躍遷類(lèi)型和離子價(jià)態(tài)基本相符；450 nm激發(fā)時(shí)，475 K下的發(fā)光強(qiáng)度為室溫時(shí)的63%左右。γ-Ca2SiO4:Ce3+,Al3+黃色熒光粉與藍(lán)光LED有良好的匹配性，有潛在應(yīng)用價(jià)值。
　?。?）基于γ-Ca2SiO4:0.5mol%Ce3+,4mol%Al3+黃色熒光粉，通過(guò)摻雜Mg, Sr, Ba制備了一系列的MxCa2-xSiO4:0.5mol%Ce3+,4mol%Al3+（M=Mg, Sr, Ba;

5、x=0.05,0.1,0.15,0.2）熒光粉，通過(guò)X射線(xiàn)衍射儀、掃描電鏡、熒光光譜儀對(duì)熒光粉的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，Mg2+摻雜量在x=0.05時(shí)合成的熒光粉物相與未摻Mg2+時(shí)一致，為γ-Ca2SiO4；在450nm激發(fā)下特征峰位于565nm，主要源于Ce3+的5d→2F7/2和5d→2F5/2躍遷；Mg2+摻雜量在x=0.1~0.2時(shí)，熒光粉物相變?yōu)棣?Ca2SiO4，并隨著Mg2+的濃度增大，出現(xiàn)雜相，在36

6、5nm激發(fā)下發(fā)射峰位置由503nm遷移至423nm。Sr2+摻雜量在x=0.05~0.15時(shí)，合成的熒光粉物相為γ-Ca2SiO4，激發(fā)和發(fā)射光譜與未摻Sr2+時(shí)基本一致；當(dāng)x=0.2時(shí)，物相轉(zhuǎn)變?yōu)棣痢疕-Ca2SiO4熒光粉，在365nm激發(fā)下特征峰位于465nm。Ba2+摻雜量在x=0.05~0.1時(shí)，熒光粉物相未有明顯變化，但x=0.15~0.2時(shí)，合成的熒光粉物相轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Ca2SiO4，在365nm激發(fā)下特征峰位于460nm。

7、不同離子摻雜獲得的熒光粉物相及發(fā)光性質(zhì)變化的原因?qū)嶋H是，由于參與反應(yīng)的堿土氧化熔點(diǎn)逐漸降低，Mg2+、Sr2+和Ba2+進(jìn)入Ca2SiO4晶格引起相變的趨勢(shì)在增強(qiáng)。通過(guò)計(jì)算晶胞參數(shù)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，熒光粉相態(tài)的變化主要受堿土金屬摻入量的影響。隨著堿土金屬的摻入，其晶胞體積發(fā)生改變，并導(dǎo)致晶體場(chǎng)環(huán)境和各離子鍵距發(fā)生變化，從而引起結(jié)構(gòu)上的差異，并導(dǎo)致晶體場(chǎng)變化。Ce3+的5d組態(tài)的能量在γ、α’H、α和β相中依次增大，因而導(dǎo)致相應(yīng)的發(fā)射峰位置逐漸藍(lán)