白光LED用Eu3+摻雜磷酸鑭熒光粉的合成、表征及熱過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、近年來(lái)，由于可生成顯色指數(shù)高、再現(xiàn)性好的白光，近紫外(n-UV)芯片(370～410nm)激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉白光LED方案受到很大的關(guān)注。但是在能被近紫外芯片激發(fā)的三種三基色熒光粉中，相對(duì)于綠色和藍(lán)色熒光粉，紅色熒光粉因?yàn)椴荒苡行У奈战贤夤?，從而發(fā)射的紅光強(qiáng)度不能與藍(lán)、綠兩種熒光粉的的發(fā)光強(qiáng)度同步，影響了顯色性，降低了發(fā)光效率，故成為白光LED發(fā)展的一大重要制約因素。因此，研發(fā)出能被近紫外芯片發(fā)出的近紫外光高效激發(fā)的紅色熒光粉

2、有重要意義。本文所做的主要工作和研究結(jié)果如下:
　　(1)通過(guò)活性前驅(qū)體高溫固相反應(yīng)法在800℃下焙燒合成了一系列具有單一晶相的LaPO4∶Eu3+，Tb3+，Bi3+熒光粉。熒光粉的晶相結(jié)構(gòu)用XRD表征，結(jié)果表明該熒光粉為單斜晶相。熒光測(cè)試表明:在391nm的激發(fā)波長(zhǎng)下，熒光粉發(fā)射出以585nm為最強(qiáng)發(fā)射峰的紅色光，激發(fā)波長(zhǎng)391nm位于近紫外LED芯片發(fā)射波長(zhǎng)范圍(370～410nm)的中心位置。激發(fā)和發(fā)射光譜進(jìn)一步揭示Tb3

3、+，Bi3+的共摻雜可以有效的增強(qiáng)Eu3+的發(fā)射強(qiáng)度，當(dāng)Tb3+，Bi3+的摻雜濃度分別為2 mol％時(shí)，熒光粉在392nm的激發(fā)下發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大。此外，Tb3+，Bi3+的共摻雜可以增強(qiáng)熒光粉對(duì)近紫外光的吸收，因此可以有效的敏化LaPO4∶ Eu3+熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度，這說(shuō)明出現(xiàn)了從Tb3+，Bi3+到Eu3+的能量傳遞。La0.94PO4∶Eu0.02，Tb0.02，Bi0.02熒光粉的色坐標(biāo)值(x=0.61，y=0.39)表明其為

4、紅色發(fā)光，紫外漫反射光譜表明其對(duì)發(fā)射光自吸收效率低，熒光效率高。因此，Eu3+，Tb3+，Bi3+共摻LaPO4熒光粉是一種潛在的近紫外激發(fā)白光LED用紅色發(fā)光熒光粉。
　　(2)通過(guò)低熱固相法合成一系列摻雜濃度不同的La0.8Y0.2PO4∶Eu3+，Sm3+活性前驅(qū)體，將前驅(qū)體在空氣氣氛中于850℃下煅燒得到La0.8Y0.2PO4∶Eu3+，Sm3+熒光產(chǎn)物。熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)用XRD表征，結(jié)果表明為單斜晶相。用發(fā)射和激發(fā)光譜

5、來(lái)研究熒光粉的熒光性質(zhì)，分析結(jié)果表明:熒光粉在391 nm的激發(fā)下發(fā)射出以591 nm為中心波長(zhǎng)的紅光，其特征激發(fā)波長(zhǎng)391 nm與近紫外LED芯片的發(fā)射波長(zhǎng)(370～410nm)相匹配，Sm3+的最佳摩爾摻雜濃度為1.2％。共摻的Sm3+可以寬化和增強(qiáng)近紫外范圍之激發(fā)光的吸收從而有效的敏化Eu3+，Sm3+共摻La0.8Y0.2PO4熒光粉的發(fā)射，這表明在La0.8Y0.2PO4∶ Eu3+，Sm3+熒光粉中出現(xiàn)了從Sm3+到Eu3+

6、離子的能量傳遞。(La0.80Y0.2)0.97-xPO4∶Eu0.03，Sm0.012熒光粉的色坐標(biāo)值為:x=0.61，y=0.39，對(duì)應(yīng)紅色發(fā)光。紫外漫反射光譜表明其對(duì)發(fā)射光自吸收效率低，熒光效率高。以上結(jié)果表明，Eu3+，Sm3+共摻La0.8Y0.2PO4熒光粉，對(duì)于近紫外激發(fā)白光LED而言，是一種甚有應(yīng)用潛力的紅色熒光粉。
　　(3)通過(guò)活性前驅(qū)體高溫固相反應(yīng)法在800℃下焙燒合成了一系列具有不同摻雜濃度的LaPO4∶E

7、u3+，Al3+和LaPO4∶Eu3+，Li+熒光粉。XRD譜圖表明，Al3+/Li+離子摻雜產(chǎn)物中并沒(méi)有出現(xiàn)新的晶相，其晶體結(jié)構(gòu)與單斜晶相的LaPO4相同。但與LaPO4∶Eu3+的XRD譜圖相比較時(shí)，Al3+/Li+離子的摻雜使衍射主峰的位置發(fā)生了明顯的紅移，峰強(qiáng)變大。這說(shuō)明部分Al3+/Li+離子已經(jīng)進(jìn)入基質(zhì)晶格中，Al3+/Li+離子的摻雜并沒(méi)有引入新的雜相，反而改善了樣品的結(jié)晶度，起到了助熔劑的作用。熒光性質(zhì)的研究表明Al3+

8、/Li+離子作為敏化離子均可有效增強(qiáng)LaPO4∶Eu3+熒光粉在591 nm處之最強(qiáng)峰的發(fā)射強(qiáng)度，摻雜濃度的影響規(guī)律是:(i)發(fā)射峰強(qiáng)度隨著Li+摻雜量的增多先增強(qiáng)后減弱并在Li+摻雜濃度為3.6 mol％時(shí)達(dá)到最大，為不摻雜時(shí)的2.7倍;(ii)發(fā)射峰強(qiáng)度與Al3+離子的摩爾摻雜濃度成線(xiàn)性正比關(guān)系，在Al3+離子的摻雜濃度為x=6 mol％時(shí)，其強(qiáng)度為不摻雜時(shí)的1.58倍左右。研究結(jié)果表明，Al3+或Li+離子均可以有效的增強(qiáng)LaPO

9、4∶Eu3+熒光粉對(duì)近紫外光(391 nm)的吸收，從而提高其在紅光區(qū)域的發(fā)射強(qiáng)度。因此，所合成得到的LaPO4∶Eu3+，Al3+和LaPO4∶Eu3+，Li+熒光粉是一種發(fā)光效率高、很有應(yīng)用前景的近紫外激發(fā)白色LED用紅色熒光粉。
　　為了了解前驅(qū)體熱分解反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)，掌握焙燒過(guò)程中熒光粉的形成機(jī)理，為以后的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。本文結(jié)合TG/DTG分析，用熱分解動(dòng)力學(xué)理論研究了三種活性前驅(qū)體熱反應(yīng)過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)，求得了