陽離子取代YAG：Ce熒光材料的微結(jié)構(gòu)調(diào)控與發(fā)光性能研究.pdf

1、稀土離子激活的鋁酸鹽發(fā)光材料因發(fā)光效率高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、相對成本較低等優(yōu)點，一直倍受人們的重視，并得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，具有體積小、耐振動、響應(yīng)速度快、壽命長、無污染等優(yōu)點的白色發(fā)光二極管(WLED)，成為新一代光源。目前，藍(lán)色LED芯片與黃色YAG:Ce熒光粉結(jié)合的白光LED為市場的主流方案。但是熒光粉在使用過程中，隨著工作環(huán)境溫度的升高出現(xiàn)發(fā)光亮度下降、色坐標(biāo)漂移、老化及光衰現(xiàn)象嚴(yán)重，最終導(dǎo)致器件性能下降。因此，作為LED上游基

2、礎(chǔ)材料的一個重要組成部分，YAG:Ce熒光粉的性能仍需要改善提高。
　　 1.本論文YAG:Ce為出發(fā)點，探討熱致光衰機(jī)制和改進(jìn)光衰及發(fā)光性能為目標(biāo)，通過陽離子取代改善晶體微結(jié)構(gòu)，嘗試對發(fā)光光譜調(diào)控和對非輻射躍遷幾率的改善，主要研究成果如下：從YAG:Ce熒光粉發(fā)光特性出發(fā)，通過陽離子Gd3+取代基質(zhì)中的部分陽離子，考察晶格結(jié)構(gòu)變化對發(fā)光中心Ce3+的影響。結(jié)果表明，Gd3+摻入到Y(jié)AG:Ce中，由于Gd3+半徑與Y3+半徑相似

3、，Gd3+進(jìn)入晶格中將優(yōu)先取代Y3+，又由于Gd3+半徑比Y3+半徑略大，會導(dǎo)致晶胞體積變大，發(fā)光中心Ce3+的Sd態(tài)最低能級下移，Ce3+發(fā)射光譜的峰值位置向長波方向移動，從而有助于改善白光LED器件的色溫。本實驗中還探索了助熔劑碳酸鈣對YAG:Ce熒光粉的影響。通過對樣品的晶體結(jié)構(gòu)、形貌和光譜測試分析，表明添加助熔劑碳酸鈣后，所獲得的樣品的粉體硬度減小，且具有良好的分散特性，當(dāng)碳酸鈣的添加量為0.5mol時，樣品的發(fā)光強(qiáng)度提高1.5

4、倍。
　　 2.研究了室溫下，Gd3+的取代濃度對(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12熒光粉發(fā)射光譜的影響。結(jié)果表明：隨著Gd3+取代量的增加，(Y2.94-xGdxCe0.06) Al5O12樣品發(fā)射光譜的峰值波長可以從530nm紅移到550nm；隨著取代量的增加，Gd3+對發(fā)光中心Ce3+的影響增強(qiáng)，由Gd3+-Ce3+的能量傳遞起主要作用到Gd3+帶來的濃度猝滅占主導(dǎo)地位，從而導(dǎo)致樣品的發(fā)射強(qiáng)度先增加后降低，當(dāng)

5、取代濃度為0.3mol時發(fā)光最強(qiáng)。對樣品的XRD分析結(jié)果表明，當(dāng)Gd3+的取代量不超過0.6mol時，樣品仍然為Y3Al5O12相。
　　 3.分析研究了(Y2.94-xGdxCe0.06) Al5O12熒光粉發(fā)光光譜的溫度依賴特性。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，(Y2.94-xGdxCe0.06)Al5O12樣品的發(fā)光強(qiáng)度呈快速衰減、發(fā)射光譜呈寬化趨勢，且衰減速率及寬化趨勢都隨著Gd3+取代量的增加而加劇。采用位形坐標(biāo)模型討論認(rèn)

6、為，由于Gd3+的半徑和電負(fù)性均大于Y3+，Gd3+取代Y3+后，導(dǎo)致發(fā)光中心能級劈裂加劇，基態(tài)和第一激發(fā)態(tài)之間的間距減小，激活能下降，發(fā)射光譜呈現(xiàn)紅移現(xiàn)象。隨著溫度升高，電子和聲子之間的相互作用增強(qiáng)，非輻射躍遷增強(qiáng)，發(fā)光快速衰減，光譜寬化。利用發(fā)光強(qiáng)度、光譜寬度與溫度關(guān)系公式解釋了Gd3+取代量增加導(dǎo)致熱衰減加劇、光譜寬化趨勢愈加明顯的現(xiàn)象。
　　 4.本文采用高溫固相法制備了Sj4+離子取代的SiO2-YAG:Ce熒光材料和