新型氧氮化物熒光材料的開發(fā)及優(yōu)化.pdf

1、進入21世紀以來，環(huán)境污染和能源的過渡消耗日益嚴重，節(jié)能環(huán)保成為了這個時期的主題。在照明顯示領域，同樣掀起了節(jié)能熱潮，傳統(tǒng)的照明器具（白熾燈、高壓鈉燈等）和顯示技術(shù)（CRT、FED等）已逐漸被人們所拋棄，取而代之的是白光LED顯示照明器件，白光LED以其能耗少、壽命長、污染小、工作電壓低等特點逐漸受到人們的親睞。
　　傳統(tǒng)實現(xiàn)白光LED的方案為藍光LED芯片復合YAG∶Ce3+黃色熒光粉體，此方案從研發(fā)成功一直沿用至今已有十幾年歷

2、史，但是隨著人們將LED應用在大規(guī)模顯示技術(shù)上，傳統(tǒng)方案的顯色指數(shù)(75)已不能滿足人們的需求，以三基色為配色方式的白光LED方案逐漸進入高端顯示領域，考慮到成本因素，一般不采取純芯片結(jié)構(gòu)，采取的方案主要有兩種:用藍光芯片復合可被藍光激發(fā)的黃綠色熒光粉與紅色熒光粉方案;紫外芯片復合可被紫外激發(fā)的紅綠藍三色熒光粉方案。從中我們可以看到，不管是哪一種方案，作為光轉(zhuǎn)換材料的熒光粉都是必不可少的，熒光材料的性質(zhì)直接影響到LED器件的成本和質(zhì)量。

3、因此，開發(fā)出成本廉價、制備簡單、性質(zhì)優(yōu)異的熒光材料是白光LED照明顯示領域的重要課題。
　　隨著顯色指數(shù)和節(jié)能環(huán)保要求的不斷提高，穩(wěn)定性差、色度單一的傳統(tǒng)稀土摻雜的氧化物、硫化物體系熒光粉體的參數(shù)已不能滿足技術(shù)需求，稀土摻雜的（氧）氮化物材料以其穩(wěn)定的化學性質(zhì)、多樣化的晶體結(jié)構(gòu)、豐富的光譜性質(zhì)、高量子效率、較小溫度猝滅等優(yōu)異的性質(zhì)逐漸嶄露頭角。但在此領域一直有一個阻礙其發(fā)展和商業(yè)化的因素:傳統(tǒng)（氧）氮化物材料合成條件苛刻。特殊的原

4、材料、高溫、高壓、保護氣氛等條件大大的提高了合成成本，而且過高的合成溫度導致的粉體團聚也給熒光材料在LED封裝上帶來了不便。本論文立足于解決目前LED用（氧）氮化物熒光材料商業(yè)化的癥結(jié)來開展課題，通過研發(fā)新型低溫（氧）氮化物物相和開發(fā)有效、廉價制備工藝來解決業(yè)界的難點問題。為新型熒光粉體的開發(fā)提供了新的思路，也為（氧）氮化物粉體商業(yè)化提供了新的解決方案，
　　本論文分為六章:
　　第一章緒論，介紹了發(fā)光以及人造光源的歷史和發(fā)

5、展，對發(fā)光材料的常用參數(shù)做了簡介，對目前幾種常用的稀土摻雜（氧）氮化物熒光材料的晶體結(jié)構(gòu)、光致發(fā)光性能、科學前研進行了簡單的介紹和分析，結(jié)合目前商業(yè)化的難點和科學發(fā)展的熱點提出本論文的立足點和和工作思路。
　　第二章為實驗部分，主要介紹了文章中所用的試劑、合成方案、制備設備、測試方案及儀器。
　　第三章報道了，通過尋找中間相的方法，成功開發(fā)出了適合稀土摻雜的Ca2AlSi3O2N5和Ca2Si3O2N4氧氮化物物相，并利用能

6、量轉(zhuǎn)移原理對Ca2AlSi3O2N5∶Eu2+熒光粉體進行了優(yōu)化。研究表明:該兩種粉體均可以在1450℃的燒結(jié)溫度下呈相，這相比于傳統(tǒng)SiAlON基材料的燒結(jié)溫度降低了300℃之多，它們優(yōu)秀的光致發(fā)光性能和與紫外LED光譜的高度匹配性，使它們具有應用在紫外LED用三基色熒光粉的潛質(zhì);我們通過能量轉(zhuǎn)移原理用Ce3+作為敏化劑對Ca2AlSi3O2N5∶Eu2+進行了優(yōu)化，將其發(fā)射光譜強度提高了近50％，通過實驗和理論計算擬合的方法，明確了

7、能量傳遞機理和臨界距離。
　　第四章報道了一種新型制備納米AlN∶ Eu2+熒光粉體的方案，這是學術(shù)界首次制備出具有如此小粒徑（15nm）的納米氮化物熒光粉體。我們模仿制備納米氧化物的溶膠凝膠法，成功利用AlCl3為原料，三乙胺為氮源制備有機前驅(qū)體后直接分解為AlN，這種方案可以在1200℃即制備出結(jié)晶良好的AlN∶Eu2+納米熒光粉體，克服了學術(shù)界中Eu2+難以摻入AlN晶格的難題，我們對反應條件進行了適當?shù)膬?yōu)化，對反應機理給出

8、了合理的解釋。納米氮化物熒光粉體的問世將為熒光粉體的封裝提供便利，也為氮化物熒光粉體在熒光示蹤領域的應用開啟新的篇章。
　　第五章以目前商業(yè)化最廣泛的紅色氮化物熒光粉CaAlSiN3∶ Eu2+熒光粉體為目標產(chǎn)物，設計開發(fā)了一種利用廉價電石制備此種粉體的方案，該方案相比于傳統(tǒng)的金屬氮化等方案，具有可操作性強，制備成本低的優(yōu)勢。我們利用氣相氮化還原和加入添加劑的辦法克服了反應中的不利因素:碳。有效的制備出該種紅色熒光粉體，并對其光致