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几种LED用多色氧化物发光材料的制备、结构及其发光特性研究

【摘要】:白光发光二极管作为新一代绿色照明光源,在照明、显示、防伪、军事、生物医疗和杀菌等领域有着广泛的应用。无机发光材料作为白光发光二极管的重要组成部分,其性能直接影响到器件的显色性以及发光效率。目前发光二极管实现白光的方式主要有:蓝光芯片匹配YAG:Ce3+黄色荧光粉和紫外芯片匹配红绿蓝三基色荧光粉。这两种实现白光的方式并不完美,都有各自的缺点,比如前者由于缺乏红光部分,导致得到的白光色温较高,显色指数低;而后者紫外芯片匹配红绿蓝三基色荧光粉时,会出现光再吸收现象,能量转换效率偏低。本论文主要针对无机发光材料存在的一些科学问题展开研究,具体开展了以下工作:1.通过高温固相法制备了两种新型的红色发光材料RbZnPO4:Eu3+和YBa3(PO4)3:Eu3+,并研究了它们的物相成分以及发光特性。在RbZnPO4:Eu3+中,通过XRD结构精修对其晶体结构以及Eu3+离子周围晶格环境情况做了具体分析。样品的发射光谱表明,在393 nm激发下,样品表现出主峰位于698nm的红光发射,归属于Eu3+离子的5D0→7F4跃迁发射。利用精修得到的晶体结构信息,对Eu3+离子周围晶格环境对发射光谱的影响作了细致地讨论。热猝灭光谱表明RbZnPO4:Eu3+对温度极其敏感,并通过Arrhenius模型、电荷补偿机理、以及CASTEP能带结构计算对其温度敏感的发光特性进行了系统研究。在393 nm激发下,YBa3(PO4):Eu3+的发射光谱表现为主峰位于612 nm的红光发射,归属于Eu3+离子的5D0→7F2跃迁。掺杂浓度为40%时,样品的发射光谱积分强度为商用粉Y2O3:Eu3+的3.13倍,色坐标为(0.654,0.338)。此外,通过水热法制备了一种无稀土离子掺杂的红色发光材料Mn2GeO4,并通过XRD结构精修、CASTEP能带结构计算对其晶体结构以及能带结构进行了研究。SEM测试结果表明样品具有均匀的六角星形貌,平均粒径约为38.8 μm。晶体生长符合溶解再结晶过程。2.通过高温固相法制备了系列Ce3+离子掺杂的Srs(PO4)2SiO4白光发光材料以及Dy3+离子掺杂的RbZnP04白/黄色发光材料。在Sr5(PO4)2SiO4:Ce3+中,结构分析以及光谱数据表明,Ce3+离子在Sr5(PO4)2SiO4中占据两种不同的Sr2+格位,分别表现出主峰位于432 nm的蓝光和556 nm的黄光发射,归属于Ce3+离子占据9配位的Srl格位以及7配位Sr2格位时所产生的5d→4f跃迁发射。在紫外GaN芯片匹配的激发波长365 nm激发下,Sr5(PO4)2SiO4:0.05Ce3+样品发出白光,色坐标为(0.33,0.34),色温5603 K,有潜力应用为紫外芯片激发的白光LED发光材料。此外,通过共掺杂电荷补偿剂调整Ce3+离子周围晶体场,样品的发光强度可以得到明显增强。此外,RbZnPO4:Dy3+样品的激发光谱表明,该样品在近紫外区域以及蓝光区域都具有较强的吸收,适用于LED近紫外以及蓝光芯片。在386 nm激发下,RbZnPO4:Dy3+样品的发射光谱中出现487nm 577 nm和672 nm的发射峰,分别对应于Dy3+离子的4F9/2-+6H15/2,6H13/2、6H11/2跃迁发射,样品的色坐标为(0.44,0.47),色温为3374 K,表现出暖白光发射。在蓝光455 nm激发下,样品发射光谱与386 nm激发时类似,且具有较好的热稳定性。通过利用蓝光芯片与RbZnPO4:Dy3+的发射光谱在CIE色度图中模拟复合,可以得到色温为3125 K的暖白光,色坐标为(0.42,0.39)。3.通过改良的静电纺丝法,制备出纳米纤维形貌的CaAl2O4:Eu2+,Nd3+蓝色发光材料。通过XRD、SEM、TEM、EDX、FTIR测试,确定样品的中间体为碳包覆的CaAl2O4纳米纤维。发光光谱测试结果表明,在345 nm激发下,CaAl2O4:Eu2+,Nd3+样品表现出主峰位于445 nm的蓝光发射。并对其余辉时间以及陷阱情况进行了测试分析,以期待其能够作为交流LED用发光材料,来解决目前交流LED的频闪问题。

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