白光LED用YAG-Ce3+熒光粉的制備及性能研究.pdf

1、YAG:Ce3+熒光粉具有化學(xué)穩(wěn)定性高、硬度大、熔點(diǎn)高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),而且抗老化性能好。YAG:Ce3+熒光粉與藍(lán)光LED芯片組合能夠混合成視覺上的白光,是制造白光LED的重要原料,因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　在YAG:Ce3+熒光粉制備方法的研究中,首先結(jié)合水熱法與均勻沉淀法的優(yōu)點(diǎn),采用了水熱均勻沉淀法制備出200nm左右,單分散的球形YAG和YAG:Ce3+粉體,并根據(jù)熔鹽能促進(jìn)晶體生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì),嘗試采用熔鹽法一步合成了YAG

2、:Ce3+熒光粉。最后,在對(duì)此兩種方法進(jìn)行比較研究的基礎(chǔ)上,將水熱均勻沉淀法與熔鹽法有機(jī)地結(jié)合,發(fā)展出了水熱均勻沉淀一熔鹽輔助煅燒法制備YAG:Ce3+熒光粉的新工藝,在提高發(fā)光強(qiáng)度方面獲得了進(jìn)展。通過(guò)XRD、SEM、發(fā)光光譜、發(fā)光強(qiáng)度等對(duì)制備出的樣品進(jìn)行了表征,系統(tǒng)地探討了制備方法、熔鹽種類、煅燒溫度、摻雜濃度、助熔劑對(duì)粉體性能的影響。
　　在以硝酸鹽為原料的水熱均勻沉淀法制備YAG:Ce3+粉體的研究中,系統(tǒng)討論了尿素濃度和溶

3、液濃度([M3+]、urea:[M3+])、煅燒溫度、Ce摻雜濃度對(duì)熒光粉物相和發(fā)光性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)在urea:[M3+]=4.1、[M3+]=0.1mol％的水熱條件下100℃保溫4h,240℃保溫20h制備的前驅(qū)體,經(jīng)1200℃煅燒后完全轉(zhuǎn)變成為YAG,經(jīng)1300℃煅燒,得到顆粒均勻、單分散、平均粒徑為200nm的球形YAG:Ce3+熒光粉YAG:Ce3+熒光粉的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度隨著煅燒溫度的增加而增強(qiáng);Ce3+摻雜量的改變不影響熒

4、光粉的發(fā)射峰位置,只影響熒光粉的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度,當(dāng)Ce3+摻雜量為0.10時(shí),熒光粉的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大。
　　熔鹽法直接制備YAG:Ce3+熒光粉的研究中,著重考察了熔鹽體系的選擇,以及煅燒溫度對(duì)物相、形貌和光致發(fā)光性能的影響。研究表明最佳的熔鹽為NaCl-KCl復(fù)合鹽,采用NaCl-KCl熔鹽(50~50mol%),以YCl3、AlCl3、CeCl3為原料,1200℃反應(yīng)4h后能得到Y(jié)AG:Ce3+熒光粉,雖然其粒徑(>10μ

5、m)遠(yuǎn)大于水熱均勻沉淀法制備的粉體,且形貌不規(guī)則,但是發(fā)光強(qiáng)度得以顯著提高。
　　對(duì)于水熱均勻沉淀一熔鹽輔助煅燒法制備YAG:Ce3+熒光粉,以NacL-KCl、Na2S04一K2So4、NaCl—KCt+Na2So4一K2So4(NaCt—KCl:Na2S04一K1SO4=3:1、1:1、1:3)復(fù)合鹽為熔鹽,都能在較低溫度下制備YAG:Ce3+熒光粉,但Na2S04一K2S04熔鹽最佳。五種熔鹽制備的熒光粉中,NaCl一KCl

6、制得的熒光粉粒徑最小(1~2μm),形貌最為規(guī)則Na2S04一K2S04和NaCl一KCl+Na2S04一k2S04的產(chǎn)物粒徑都在3~4μm左右,形貌不規(guī)則,但Na2S04一K2S04能夠使YAG:Ce3+的制備溫度更低,光致發(fā)光性能最好。與NaCl一KCl熔鹽以及水熱均勻沉淀法制備的熒光粉相比,它將熒光粉制備溫度分別降低了200℃和300℃,發(fā)光強(qiáng)度分別提高了2.5和2.4倍。熒光粉物相、形貌和發(fā)光性能的顯著差異歸因于熔鹽陰離子尺寸、

7、粘度、溶解度以及表面張力等的不同。Na2S04一k2S04熔鹽對(duì)前驅(qū)體的溶解度大于NaC2-KCl熔鹽,煅燒過(guò)程能將各反應(yīng)組分部分溶解,使其在高溫熔鹽中達(dá)到原子級(jí)的均勻混合,減少了擴(kuò)散距離,提高了反應(yīng)活性,因此降低了YAG相的完全轉(zhuǎn)變溫度,而且促使了Ce3+更加均勻的分布于YAG晶格中,減少了因局部Ce3+濃度過(guò)大引起濃度猝滅的幾率。NaCl-KCl+Na2S04-K2S04復(fù)合熔鹽中Na2S04-K2S04熔鹽的含量越多,復(fù)合熔鹽的溶

8、解度越大,制備的YAG:Ce3+熒光粉發(fā)光強(qiáng)度越高。
　　水熱均勻沉淀一熔鹽輔助煅燒法制備的YAG:Ce3+熒光粉發(fā)光強(qiáng)度受Ce3+摻雜濃度的強(qiáng)烈影響,Ce3+摻雜量的改變不影響熒光粉的發(fā)射峰位置,只影響熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度,當(dāng)X=0.10時(shí),發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大。Na2S04-K2S04熔鹽中添加H3BO3助熔劑能夠有效改善形貌和粒徑,但同時(shí)會(huì)惡化熒光粉的光致發(fā)光性能。
　　水熱均勻沉淀法、熔鹽法以及水熱均勻沉淀一熔鹽輔助煅燒法制

9、備的YAG:Ce3+熒光粉的光致發(fā)光性能均優(yōu)于固相法制備的熒光粉。尤其是水熱均勻沉淀一熔鹽輔助煅燒法比固相法的YAG相的完全轉(zhuǎn)變溫度降低了400℃,并且發(fā)光強(qiáng)度提高了2.7倍。因此,水熱均勻沉淀一熔鹽輔助煅燒法通過(guò)實(shí)現(xiàn)了降低煅燒溫度與提高發(fā)光強(qiáng)度,與傳統(tǒng)固相法相比,它能夠通過(guò)一次煅燒獲得滿足應(yīng)用要求的顆粒粒度,避免了固相法需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行粉碎的操作,同時(shí)能夠降低煅燒溫度,節(jié)省能源,極大地提高了發(fā)光強(qiáng)度,為制備性能優(yōu)良的熒光粉提供了一個(gè)新途