稀土摻雜高硅氧玻璃制備關鍵技術及其對發(fā)光性能的影響研究.pdf

1、目前，功率型白光 LED生產(chǎn)和推廣中存在常用 YAG黃光熒光粉熱穩(wěn)定性差和藍光 LED芯片+黃光熒光粉封裝結構的專利壁壘等主要問題，是其進一步大規(guī)模應用的主要障礙。稀土摻雜高硅氧玻璃因其熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性優(yōu)越、熒光壽命長等優(yōu)點，且倒裝紫外光LED芯片+高硅氧玻璃的封裝形式可突破專利封鎖，因而受到了廣泛關注和研究。但目前稀土摻雜高硅氧玻璃的折射率、相對密度、色品坐標、量子效率、發(fā)光強度等發(fā)光相關性能參數(shù)還需進一步提升，才能滿足白光LED

2、的實際應用要求。
　　稀土摻雜高硅氧玻璃的制備工藝分為納米微孔玻璃制備、稀土離子吸附、燒結等三個主要步驟，其中納米微孔玻璃制備主要影響折射率、量子效率、發(fā)光強度，稀土離子吸附影響色品坐標、量子效率、發(fā)光強度，燒結影響相對密度、量子效率，各制備參數(shù)是影響發(fā)光性能參數(shù)的關鍵。國內外研究者將研究重點放在了可直接、顯著影響發(fā)光強度、量子效率等熒光玻璃發(fā)光特性的制備關鍵參數(shù)上，并取得了很大的進展；但相對而言，在納米微孔玻璃制備參數(shù)對發(fā)光強度

3、的影響、稀土離子吸附參數(shù)對色品坐標的影響、燒結參數(shù)對相對密度的影響、燒結參數(shù)對量子效率(熒光壽命)的影響等對提高熒光玻璃發(fā)光特性參數(shù)不那么顯著的研究和相應優(yōu)化上，卻還顯得比較薄弱，很少有研究成果報道。
　　針對上述問題，論文主要完成了以下幾個方面的研究工作：
　?、贋樘岣甙l(fā)光強度，根據(jù)納米微孔玻璃表面物理化學性質和溶液中稀土離子特性，定性分析了納米微孔玻璃表面羥基對溶液中稀土離子的氫鍵吸附機理，得到了在未發(fā)生濃度淬滅的前提下

4、，納米微孔玻璃的孔容積越大，吸附量越大，高硅氧熒光玻璃發(fā)光強度也越高的定性結論；在微孔玻璃成分接近于石英玻璃的前提下，優(yōu)化了熱分相溫度、熱分相時間、酸液濃度、是否超聲波清洗、是否擴孔處理等制備關鍵參數(shù)，最后通過實驗驗證了孔容積和發(fā)光強度的關系。
　　②研究并提出了針對于白光或近白光發(fā)光色品坐標要求優(yōu)化的吸附溶液中稀土離子的種類和濃度。根據(jù)對各可見光發(fā)射的稀土離子的能級躍遷和相應發(fā)光顏色的分析，選取Eu2+/Dy3+和Ce3+/Dy

5、3+作為離子摻雜組合。通過比較單摻和共摻高硅氧熒光玻璃的發(fā)射光譜，確定了高硅氧熒光玻璃中發(fā)生了Eu2+→Dy3+和Ce3+→Dy3+能量傳遞過程。通過改變溶液中 Dy3+的濃度，改變發(fā)射光譜中藍光和黃光的比例；根據(jù)相應高硅氧熒光玻璃的發(fā)射光譜和色品坐標，對吸附溶液中稀土離子的種類和濃度等主要吸附參數(shù)進行了優(yōu)化。優(yōu)化結果表明，Eu2+/Dy3+組合不能得到近白光發(fā)射，而Ce3+/Dy3+可以得到近白光發(fā)射；溶液中Ce3+的濃度應選為0.0

6、2mol/L，Dy3+的濃度應選為0.10mol/L。
　?、凵钊胩接憻Y參數(shù)對高硅氧玻璃相對密度的影響，得到了針對相對密度優(yōu)化的最優(yōu)燒結參數(shù)的取值。在粘性燒結的弗蘭克爾原則的基礎上，通過分析燒結過程中納米微孔玻璃結構特征的演化，以聯(lián)通微孔是否封閉為條件將納米微孔玻璃燒結過程分為燒結前期和燒結后期，分別采用聯(lián)通圓柱和封閉球殼燒結模型分析。引入克羅內克數(shù)學符號，綜合表示非等溫和等溫燒結過程，由此建立了納米微孔玻璃燒結動力學模型，討論

7、了燒結溫度、保溫時間、升溫速率等主要燒結參數(shù)對相對密度的影響，揭示了它們的內在聯(lián)系，并進一步針對相對密度，提出了燒結溫度、保溫時間、升溫速率的燒結參數(shù)優(yōu)先考慮順序原則。
　?、苌钊胙芯繜Y參數(shù)對稀土離子熒光壽命影響，提出最優(yōu)燒結參數(shù)的優(yōu)化原則和結果?；诜磻獎恿W理論，在假設反應機理函數(shù)形式的前提下，推導了非等溫和等溫燒結過程羥基殘留分數(shù)的表達式，根據(jù)常見燒結曲線得到了燒結結束后羥基殘留分數(shù)的表達式，結合Forster-Dexte

8、r模型，建立了稀土離子熒光壽命與燒結參數(shù)關系的理論模型，研究了燒結溫度、保溫時間、升溫速率對熒光壽命的影響。提出了燒結參數(shù)的選取原則：優(yōu)先考慮燒結溫度，然后考慮保溫時間，最后考慮升溫速率。以3Sm+摻雜高硅氧熒光玻璃為例，驗證了反應機理函數(shù)形式假設的正確性，得到了驗證實驗中3Sm+熒光壽命的具體表達式，說明了針對熒光壽命優(yōu)化，燒結參數(shù)的選取；綜合考慮針對于相對密度和熒光壽命的優(yōu)化，最終得到在3Sm+摻雜高硅氧熒光玻璃中各燒結參數(shù)的最優(yōu)取