分步煅燒法制備Sr2SiO4-Eu3+熒光粉及其發(fā)光性能研究.pdf

1、白光LED具有環(huán)保、低能耗、發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種新型的綠色光源。其中，紫外/近紫外LED芯片涂覆紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉，通過(guò)調(diào)控三色比例來(lái)實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射的技術(shù)，具有光電轉(zhuǎn)換效率高、顯色性好等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)最具潛力的白光LED方案。所以，研究探索能夠被紫外光芯片（350~410nm）有效激發(fā)的熒光粉是非常有意義的。本文選擇化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易潮解、原料廉價(jià)易得的硅酸鹽作為基質(zhì)，通過(guò)分步煅燒法合成了Sr2SiO4:xEu3+熒光

2、粉，利用X射線衍射(XRD)對(duì)樣品進(jìn)行物相分析，利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(F E-S EM)觀測(cè)形貌的變化規(guī)律，利用激發(fā)光譜、發(fā)射光譜和熒光衰減壽命等來(lái)研究熒光粉的發(fā)光性質(zhì)。從節(jié)能、應(yīng)用的角度，研究了在較低的溫度下合成應(yīng)用于白光LED的可被394nm左右近紫外光有效激發(fā)的紅色熒光粉。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴研究了在相對(duì)較低的溫度下合成Sr2S iO4粉體的制備工藝。分別在不同溫度（800℃，900℃，950℃，1100℃，1300℃

3、）,不同煅燒時(shí)間（1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h），不同升溫速率（2℃/min、3℃/min、5℃/min、7℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min）條件下合成的系列樣品，結(jié)果表明，1300℃高溫下合成的粉體中存在β-Sr2SiO4相，而在950℃時(shí)，反應(yīng)并不完全，單因素改變實(shí)驗(yàn)條件對(duì)于粉體合成的并無(wú)明顯的促進(jìn)作用。進(jìn)一步提出多次煅燒思想：在溫度為950℃，煅燒時(shí)間2h~4h，升溫速率（2℃/min~

4、7℃/min）的快速與慢速條件下分別控制不同的反應(yīng)階段，結(jié)合不同的煅燒次數(shù)，得出在不同時(shí)間階段以不同的速率進(jìn)行升溫，可能對(duì)其晶體生長(zhǎng)有較好的促進(jìn)作用。最終確定優(yōu)化的制備工藝為溫度均為950℃的分步煅燒制度，即（2℃/min，2h）→（7℃/min，4h）→（7℃/min，2h）條件下能夠合成純相α-Sr2SiO4。⑵對(duì)Sr2SiO4:xEu3+熒光粉的發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明， Sr2SiO4:xEu3+的激發(fā)光譜在350~42

5、0nm有強(qiáng)的吸收峰，最強(qiáng)峰為394nm左右，與發(fā)紫外光的LED芯片相匹配，是一種能被G aN基LED芯片有效激發(fā)的紅色熒光粉。在 Sr2SiO4中，Eu3+取代非反演對(duì)稱格位 Sr(Ⅰ)和反演對(duì)稱格位 Sr(Ⅱ)的概率基本相等，其發(fā)射以5D0→7F1(593nm)磁偶極躍遷和5D0→7F2(619nm)電偶極躍遷為主；隨著Eu3+離子摻雜量增加，色坐標(biāo)稍有變化，但幅度不大，發(fā)光強(qiáng)度在超過(guò)6mo l％后開(kāi)始下降，發(fā)生濃度猝滅，引起 Eu3

6、+濃度猝滅的機(jī)理是電偶極-電偶極相互作用，Sr2SiO4:0.06Eu3+熒光粉的CIE坐標(biāo)為（0.6024,0.3969），色溫為1715K，色純度為78.3%。⑶研究了助熔劑對(duì)Sr2SiO4:0.06Eu3+熒光粉發(fā)光性能的影響。結(jié)果表明，添加不同助熔劑均能增強(qiáng)熒光粉發(fā)光強(qiáng)度。其中，以NH4F，NaF，NH4Cl， H3BO3作為助熔劑，摻雜量均為1mol%時(shí)，添加NH4Cl的樣品的發(fā)光強(qiáng)度最高，在Sr2SiO4:0.06Eu3+熒

7、光粉中， NH4Cl添加量為1mol%，2mol%，3mo l%，4mol%，5mo l%時(shí)熒光粉的熒光壽命分別為1.94，2.14，2.05，2.27和2.25ms。NH4C l的最大添加量為4mol%，對(duì)應(yīng)的壽命值最長(zhǎng)。⑷研究了電荷補(bǔ)償劑對(duì) Sr2SiO4:0.06Eu3+熒光粉發(fā)光性能的影響。結(jié)果表明，以 Li2CO3、Na2CO3、K2CO3作為電荷補(bǔ)償劑時(shí)，均能增強(qiáng)熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度。在 Sr2SiO4:0.06Eu3+，yR+

8、（R=Li+、Na+、K+）熒光粉中，Li+、Na+、K+的最大添加量均為3mol%。在 Sr2SiO4:0.06Eu3+，0.03R+（R=Li+、Na+、K+）熒光粉中，摻 Na+離子的發(fā)射光譜增強(qiáng)效果最好，其平均粒徑為6.60μm，壽命為2.26ms，色溫為1768K，色純度達(dá)80.5%。 CIE色坐標(biāo)從（0.6024,0.3969）遷移至(0.6131,0.3864)，更加接近商用紅色熒光粉的CIE色坐標(biāo)（0.655,0.345