白光LED用新型熒光粉的制備和第一性原理研究.pdf

1、白光LED自問世以來便受到了世人的廣泛關(guān)注，其具有高效、節(jié)能、壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在不久的將來極有可能成為取代白熾燈和日光燈的新一代照明光源。目前，實(shí)現(xiàn)白光LED的方式主要有兩種：一種是直接用紅、綠、藍(lán)三種顏色的LED芯片來合成白光，這種方式的缺點(diǎn)是成本較高，且顯色性容易受到LED芯片本身的限制；另外一種方法是基于單色LED芯片搭配合適的熒光粉來合成白光，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，且可以通過調(diào)整熒光粉的配比來調(diào)節(jié)LED的顯色性，是目前商用

2、白光LED最常見的組成方式。作為白光LED的重要組成部分，熒光粉成為白光LED發(fā)展的關(guān)鍵。然而現(xiàn)今市面上的LED用熒光粉在光轉(zhuǎn)換特性、熱穩(wěn)定性、光衰特性等方面還有待完善。高效率、高亮度、穩(wěn)定性好、綠色環(huán)保的熒光粉的研發(fā)成為了熱門的方向。本論文主要介紹了兩種新型LED用熒光粉，對它們的各種性質(zhì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)表征，并采用密度泛函理論對它們進(jìn)行第一性原理研究，以此來探索提高它們的發(fā)光性能以及穩(wěn)定性的途徑和機(jī)理。
　　 本論文共分為六章。第

3、一章主要介紹了人類照明史中幾種常見的照明光源，白光LED的發(fā)展與應(yīng)用，以及幾種常用的白光LED用熒光粉。并對稀土元素的發(fā)光特性進(jìn)行了簡要闡述。
　　 第二章主要介紹了密度泛函理論的理論框架和發(fā)展歷程。包括Hartree-Fock理論所遇到的問題，到Thomas-Fermi-Dirac模型的提出，再到Hohenberg-Kohn定理正式確立密度泛函理論的理論基礎(chǔ)，以及將密度泛函理論與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合的Kohn-Sham方程。并介紹了幾

4、種常用的交換相關(guān)泛函。
　　 第三章主要介紹了本論文中的實(shí)驗(yàn)所用到的試劑和儀器設(shè)備。
　　 從第四章開始，將介紹本人在論文中的工作。
　　 第四章介紹Ba2.8-xCaxEu0.2Si6O12N2熒光粉的制備、實(shí)驗(yàn)表征以及第一性原理研究。通過高溫固相反應(yīng)合成了Ba2.8-xCaxEu0.2Si6O12N2熒光粉。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該熒光粉吸收250～470nm的近紫外—藍(lán)光，發(fā)射500～570nm的綠光，具有很高的發(fā)

5、光強(qiáng)度；Ca摻入之后，樣品的吸收和發(fā)射強(qiáng)度隨著Ca濃度的上升而減弱。第一性原理計(jì)算表明，Ba2.8-xCaxEu0.2Si6O12N2體系導(dǎo)帶中的5d能帶由Eu的5d軌道和Ba的Sd軌道共同構(gòu)成，近紫外—藍(lán)光吸收不僅來自Eu4f～Eu5d的躍遷，還包含Eu4f～Ba5d的躍遷，從而使該體系具有很強(qiáng)的吸收和發(fā)光性質(zhì)。Ca摻入之后，其3d軌道與Eu和Ba的5d軌道能量差距較大，導(dǎo)致其與近紫外—藍(lán)光吸收相關(guān)的導(dǎo)帶態(tài)密度下降，從而使其吸收和發(fā)光

6、強(qiáng)度減弱。本章中的研究內(nèi)容證明，可以通過改變基質(zhì)元素使基質(zhì)參與熒光粉的發(fā)光過程，從而提高熒光粉的發(fā)光性能。對新型熒光粉的研發(fā)工作具有重要指導(dǎo)意義。
　　 第五章介紹Si-N摻雜BaMgAl10O17∶Eu2+（BAM∶Eu2+）熒光粉的制備、實(shí)驗(yàn)表征以及第一性原理研究。通過高能球磨法合成了Si-N摻雜BAM∶Eu2+熒光粉，與普通高溫固相反應(yīng)相比，高能球磨法提高了Si-N在BAM晶格中的摻雜濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適量的Si-N摻雜

7、不改變BAM的晶格結(jié)構(gòu)，且提高了BAM∶Eu2+熒光粉的發(fā)光性能、高溫特性以及熱穩(wěn)定性。第一性原理計(jì)算表明，BAM∶Eu2+熒光粉的能帶色散小，聯(lián)合態(tài)密度大，是該熒光粉具有高強(qiáng)度光吸收的主要原因。Si-N摻雜導(dǎo)致處于BR位置的Eu2+濃度上升，而處于mO位置的Eu2+濃度下降，由此抵消了Si-N摻雜降低Eu的分態(tài)密度對光譜的影響。所以適量的Si-N摻雜提高了BAM∶Eu2+熒光粉的吸收和發(fā)光強(qiáng)度。Mulliken布居分析顯示，Si-N鍵