紅色氮化物熒光粉的合成及發光性能研究.pdf

1、在化石能源面臨枯竭、全球氣候日益變暖的背景下，節能環保成為當前經濟社會可持續發展的現實要求?；诠虘B發光的白光LEDs因其高能量效率、耐用可靠、經濟環保和器件體積小等優點，正取代白熾燈、熒光燈發展成為第三代照明光源。近年來，以M2Si5N8:Eu2+(M= Ca,Sr,Ba)和CaAlSiN3:Eu2+為代表的硅基氮化物熒光材料，具有優異的光致發光性能和穩定性，在熒光轉換白光LEDs(pc-WLEDs)照明領域受到廣泛關注和研究。氮化物

2、熒光粉傳統合成方法是以金屬氮化物為原料，制備條件苛刻，要求高溫高壓、無水無氧環境，導致制備程序繁瑣、成本較高；另一種較為常用的碳熱還原氮化法雖能使制備條件簡化，但制備產品中有較多的碳殘留，嚴重影響發光效果，需要進行二次除碳。
　　長余輝發光材料是稀土發光材料領域中另一個重要分類和研究熱點，在安全標示、緊急照明、涂料、生物成像和信息存儲等方面極具應用價值?，F階段，稀土長余輝發光材料的研究主要集中在藍綠色發光材料方面，代表性材料如綠色

3、長余輝發光材料SrAl2O4:Eu2+,Dy3+和藍色長余輝發光材料CaAl2O4:Eu2+,Nd3+，且它們已實現工業化生產和實際應用。雖然紅色長余輝發光材料在生物成像等應用中有著更為明顯的技術優勢，但目前有關紅色余輝材料的研究進展緩慢，可供選擇的基質材料也比較少，常見的紅色長余輝發光材料如CaS:Eu2+和Y2O2S:Eu3+存在余輝亮度不足和穩定性較差等問題。
　　本論文是以具有高發光效率，良好化學、熱穩定性，高發光猝滅溫度

4、及發射波長可調的稀土摻雜氮化物發光材料(主要為 M2Si5N8:Eu2+和 CaAlSiN3:Eu2+)為研究對象，嘗試通過優選合適原料、還原劑和調控制備條件，在常壓下合成高效 LED用氮化物熒光粉；通過引入適當的陷阱(如氧缺陷調控和三價稀土離子共摻)，探討氮化物紅色熒光粉作為長余輝發光材料的可行性；此外，借助新型表征手段，期望能進一步探究氮化物熒光材料發光性質和缺陷發光機理。主要研究結果如下：
　　(1)以 CaH2作為鈣源在氮

5、氣氣氛下，常壓合成高效 LED用紅色熒光粉CaAlSiN3:Eu2+。研究發現，1560 oC條件下合成得到的Ca0.98Eu0.02SiN3樣品各項性能最優：無CaO及其他雜相，顆粒尺寸較均勻(1-3?m)，發射峰位在660 nm且半峰寬為90 nm，而氧含量低至0.84％，發射光強度為相同激發條件下YAG:Ce3+標準粉(P46-Y3)的1.5倍。與此同時，首次發現了在低濃度銪摻雜的CaAlSiN3:Eu2+熒光材料中的長余輝發光現

6、象，拓寬了新型紅色長余輝發光材料的種類。
　　(2)此部分承接前述工作基礎，以 CaH2為原料合成了一系列不同濃度摻雜的純相CaAlSiN3:Eu2+紅色熒光粉。表征發現，樣品中的氧含量與其余輝發光有著密切聯系，CaAlSiN3:0.05%Eu2+的余輝時間長達45 min(≥0.32 mcd/m2)。本工作還提出通過紫外光和近紅外光同時激發，預期得到熒光和余輝增強效應，并獲得實驗數據驗證。雙激發下發光增強效應有助于深入了解余輝發

7、光機理和提高熒光材料的發光效果。
　　(3)本實驗通過陽離子替換來調控(Ca1-xSrx)2Si5N8: Eu2+,Tm3+固溶體熒光粉的光能量存儲性能。結果表明，在0.2≤x≤0.3范圍內，固溶體的余輝和光激勵發光性能最佳：余輝時間可優化至60 min左右，在980 nm紅外光激勵下，材料表現出快速的光響應；提高紅外光強度后，光信號能一定程度上擦除和復寫，并具有更快的光響應速度。借助熱釋光譜分析，認為光存儲性能調控的實現歸因于材

8、料中陷阱深度及密度的變化，較合理地解釋了材料結構→陷阱→光存儲性能之間相互關系。
　　(4)本工作中，以合金前驅體法制備的Ba2Si5N8:Eu2+熒光材料為純相，樣品具有良好的熱穩定性，在460 K下仍保持有室溫下發光強度的89.9%。通過變溫下雙格位發射光譜表征發現，在80-500 K溫度范圍內，Ba2Si5N8:Eu2+熒光材料的Ba(2)格位發光占據主要部分，即其寬帶發射及熱猝滅性能主要受 Ba(2)格位發光影響。測試不同