稀土离子掺杂的Ba-Al-Si-O-N:Eu2+氮氧化物绿色荧光粉的制备与发光性能研究

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白光LED具有发光效率高,使用寿命长,节能环保等诸多优点,被誉为第四代绿色环保照明光源。现有的绿色荧光粉体系如硫酸盐、铝酸盐和磷酸盐等,热稳定性普遍较差,致使LED器件的显色性差、使用寿命短,难以满足实际应用的需求。稀土掺杂的氮氧化物荧光粉因具有高的发光效率,良好的热稳定性和化学稳定性而备受瞩目,但其制备条件苛刻,对设备要求严格,限制了其大规模生产应用。针对氮氧化物制备难的问题,本论文探索研究氮氧化物常压下的制备技术,成功合成了系列Eu2+激活的氮氧化物Ba0.95LnxAl1.4-x Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Y,Gd,La,Lu)绿色荧光粉,系统研究了制备工艺、不同稀土离子掺杂对氮氧化物荧光粉结构和发光性能的影响。主要研究工作和结果如下:(1)在BaAl1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+x样品中,随着Eu2+离子浓度增加,荧光粉的发光强度先上升后下降,最佳掺杂浓度为5 mol%。样品在260-470 nm的波长范围内均能被有效激发,与紫外和蓝光LED芯片位置匹配;荧光粉在470-600 nm范围内有较强发光,发射主峰位于510 nm处,色坐标为(0.2752,0.6158)。(2)研究了合成条件对Ba0.95Yx Al1.4-x Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉物相和发光的影响。煅烧温度为1100℃时,生成产物以Ba2SiO4相为主,随着温度的升高,产物中逐渐出现Ba Al2O4相。发光强度随着温度的升高先增强后降低,最佳煅烧温度为1200℃。在荧光粉制备过程中,保温时间对荧光粉发光强度有显著影响,最佳保温时间为6小时。制备氮氧化物绿色荧光粉的关键在于选择适当的还原条件,实验表明氨气适合作为该体系还原气氛。添加适当的助熔剂有利于提高Ba0.95Yx Al1.4-x Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05样品的发光强度,结果表明添加摩尔分数为2%的BaF2效果最好。(3)为优化荧光粉的发光性能,提高基质材料的稳定性,在Ba0.95Al1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05样品基础之上通过部分Ln3+替换Al3+制备了Ba0.95Lnx Al1.4-x Si0.6O)(3.4)N0.6:Eu2+0.05(Ln=Y,Gd,La,Lu)系列荧光粉。Ln3+的掺杂没有改变原有主体晶体结构,样品均为六方晶系体心结构,且颗粒分布较为均匀,平均粒径在2-10μm。随Ln3+掺杂浓度的增加,荧光粉发光呈先增加后减小趋势,其中Y3+,Gd3+,La3+,Lu3+最佳掺杂浓度分别为30 mol%、10 mol%、20 mol%、10 mol%,与Ba0.95Al1.4Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05荧光粉相比,发光强度分别提高到了172%、156%、153%、168%。该系列荧光粉的寿命约为467.56 ns,满足照明需求。当温度达到100℃时,Ba0.95Lnx Al1.4-x Si0.6O3.4N0.6:Eu2+0.05(Ln=Y,La,Gd,Lu)荧光粉仍然保持着较高的发光强度,其发光强度为室温时的75%以上,展现出了良好的热稳定性能。
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