新型氧氮化物熒光粉的性能研究和理論計(jì)算.pdf

1、隨著能源危機(jī)以及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，作為能源消耗大戶的照明顯示領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注和新一輪的研究熱潮。發(fā)展新型綠色節(jié)能照明顯示技術(shù)是解決這一難題的重要手段，近幾十年來，以發(fā)光二極管（Light emitting diodes，LED）和等離子平板顯示器（Plasmon Display Panels，PDP）為代表的照明顯示技術(shù)取得了突破性的發(fā)展。相比于傳統(tǒng)技術(shù)，LED具有體積小、發(fā)熱少、耗能低、工作時(shí)間長(zhǎng)、顯色性能優(yōu)異等特點(diǎn);而PDP則

2、具備體積小、重量輕、亮度高、色彩還原性好、灰度豐富等優(yōu)點(diǎn)，將成為未來大屏幕和3D技術(shù)的主流技術(shù)。因此，綜合能源、環(huán)境和成本等因素的考慮，新型照明顯示技術(shù)將成為這一領(lǐng)域內(nèi)的主流技術(shù)。
　　 光轉(zhuǎn)換材料作為照明和顯示技術(shù)領(lǐng)域中的重要組成部分，對(duì)照明顯示技術(shù)的顯色性和色彩豐富度起到了重要的貢獻(xiàn)。新技術(shù)的發(fā)展對(duì)于材料提出了更高的要求，如LED和PDP均要求熒光材料具有快速響應(yīng)時(shí)間，從真空紫外到近紫外波段的寬帶激發(fā)，長(zhǎng)波發(fā)射，在長(zhǎng)期的大電

3、流、高電壓的轟擊下保持化學(xué)和熱穩(wěn)定性，以及高量子效率等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的熒光粉存在激發(fā)光譜窄，熱穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，無法作為L(zhǎng)ED或者PDP熒光粉直接使用。因此，需進(jìn)一步開發(fā)出與之相匹配的新型熒光轉(zhuǎn)換材料。
　　 硅基氧氮化物材料具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、耐氧化等優(yōu)良性能，自發(fā)現(xiàn)之日起就被普遍認(rèn)為是最佳的熒光粉基質(zhì)材料。目前的主要研究方向是硅基氧氮化物的制備技術(shù)和發(fā)光特性。本文的工作重點(diǎn)即圍繞這個(gè)中心，具體包括:研究和探索稀土激活的硅基

4、氧氮化物的理論計(jì)算，希望能夠發(fā)現(xiàn)出氧氮化物發(fā)光與結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素，為氧氮化物熒光粉的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供一定的理論和實(shí)驗(yàn)參考;通過合成工藝改進(jìn)和形貌控制，尋找到新型熒光粉的設(shè)計(jì)方向，優(yōu)化氧氮化物熒光粉粉體形貌和粒徑分布，
　　 本論文分為五章:
　　 第一章簡(jiǎn)述了照明和顯示技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史，并對(duì)發(fā)光和色度學(xué)的一些基本概念進(jìn)行了概述。對(duì)目前常用熒光粉體系的晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)特征、優(yōu)缺點(diǎn)和改進(jìn)的方向進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，結(jié)合現(xiàn)行照明顯示的器件需

5、求，提出熒光粉的改進(jìn)和發(fā)展方向，指出本論文的主要工作思路。
　　 第二章為本論文的實(shí)驗(yàn)合成和理論計(jì)算部分。介紹本論文中用到的起始原料、合成工藝流程、合成設(shè)備、性能測(cè)試方法及裝置和理論計(jì)算工具等。
　　 第三章主要論述了Ba3Si6O12N2基質(zhì)熒光粉的性能研究和理論計(jì)算工作。包括兩個(gè)方面:第一，詳細(xì)闡述了Eu2+激活的Ba3Si6O12N2綠色熒光粉的制備工藝以及結(jié)構(gòu)和光譜特性。結(jié)果表明:Ba3Si6O12N2∶Eu2+

6、熒光粉表現(xiàn)出優(yōu)異的量子效率和色度特征;助熔劑的加入可以降低粉體的煅燒溫度;通過共摻其它稀土元素或者過渡金屬，或者通過利用Al-O鍵部分取代Si-N可使光譜可以在508-580 nm的范圍內(nèi)自由調(diào)控。第二，利用第一性原理優(yōu)化了Ba3Si6O12N2∶Eu2+熒光粉的晶格結(jié)構(gòu)，并對(duì)其能帶結(jié)構(gòu)、能態(tài)密度和吸收光譜進(jìn)行了系統(tǒng)的模擬。研究結(jié)果表明，Ba和Eu的5d能級(jí)的耦合效應(yīng)是該熒光粉具有優(yōu)異發(fā)光效率的重要因素。
　　 第四章介紹了一種

7、新型的可用于LED照明和PDP顯示器件的一種新型硅基氧氮化物BaSi3Al3O4N5∶Eu2+藍(lán)色熒光粉。這種熒光粉基質(zhì)為單斜晶系，空間群為P21/m。發(fā)射譜為470nm的寬帶峰，可在真空紫外、紫外可見波段有效激發(fā);由于晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其具有優(yōu)異的耐酸、耐高溫的特征，能在600度的空氣中退火后發(fā)光強(qiáng)度幾乎不發(fā)生衰減。在不同離子的摻雜后變現(xiàn)出多種光學(xué)特征可以滿足不同的需求，其粒徑和形貌也可以通過助熔劑等合成條件進(jìn)行一定的調(diào)整，符合工業(yè)上

8、的技術(shù)要求。
　　 第五章根據(jù)熒光粉在使用中涂覆和堆積密度的要求，設(shè)計(jì)出了一種球形氧氮化物熒光粉的制備工藝。利用SiO2微球?yàn)槟０?，在其表面包覆了SrCO3∶Eu3+殼層，然后在前驅(qū)體的表面刻意地設(shè)計(jì)了一層H3BO3保護(hù)層，最后在還原性氣氛下成功制備出了球形的熒光粉。通過改變不同的模板和不同的還原條件，分別制備出了空心球形Sr2SiO4∶Eu2+，球形SrSi2O2N2∶Eu2+綠色熒光粉和球形Sr2Si5N8∶Eu2+紅色熒光