白光LED用熒光粉的制備和發(fā)光性能研究本科畢業(yè)論文

1、化學(xué)工程大學(xué)本科論文標(biāo)題:白光LED熒光粉Ba1.3 Ca0.7 ZnSiO4:Eu，Mn，Re(Re=Dy，Sm，Gd，La)的制備及發(fā)光性能系:應(yīng)用化學(xué)學(xué)院專業(yè):應(yīng)用化學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:白光LED熒光粉Ba1.3ca0.5zn0.2sio4: EU，Mn，Re (Re = Dy，Sm，Gd，La)的制備及發(fā)光性能畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文):采用高溫固相法制備了Eu2+、Mn2+和Re3+共激活的堿土硅酸鋅白色熒光粉，研究了基質(zhì)組成及Eu、Mn、Re摻雜量對(duì)熒光粉發(fā)光性能的影響。用X射線衍射測(cè)試了熒光粉的晶體結(jié)構(gòu)。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目:1。鋇酸鈣鋅晶體結(jié)構(gòu)的分析

2、:2.研究Eu2+在Ba1.3Ca0.7ZnSiO4基質(zhì)中的發(fā)光機(jī)理和占位情況；3.研究Eu2+和Mn2+在Ba1.3Ca0.7ZnSiO4中的能量轉(zhuǎn)移機(jī)制摘要在還原氣氛下，采用高溫固相法合成了稀土離子Eu2+激活的Ba1.3Ca0.5-xZn0.2SiO4:xEu2+熒光粉和稀土離子Eu2+與過(guò)渡金屬離子Mn2+共激活的ba 1.3 ca 0.48-yzn 0.2 SiO 4:0.02 Eu2+熒光粉。1.3ca0.46-zzn0.2sio4: 0.02eu2+，0.02mn2+，zre3+(re = dy，Sm，Gd，La)熒光粉，用熒光分光光度計(jì)和PMS-50紫外-可見(jiàn)光譜分析系統(tǒng)測(cè)試了

3、樣品的發(fā)光性能，用XRD分析了樣品的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變Eu2+濃度，將Eu2+激活的Ba1.3Ca0.5-xZn0.2SiO4:xEu2+熒光粉在1000煅燒1.5h，討論了不同Eu2+濃度對(duì)熒光粉發(fā)光性能的影響。1.3 ca 0.5-xzn 0.2 SiO 4:0.02 Eu2+熒光粉在近紫外光激發(fā)下發(fā)射藍(lán)綠光，其發(fā)射峰覆蓋427590nm的波段，屬于Eu2+的5d-4f能級(jí)躍遷。對(duì)于Eu2+，Mn2+共摻雜的ba 1.3 ca 0.48-yzn 0.2 SiO 4:0.02 Eu2+，YMn2+熒光粉，研究了Mn2+和Eu2+濃度對(duì)熒光粉發(fā)光性能的影響。發(fā)現(xiàn)該熒光粉在紅光區(qū)有一個(gè)新的發(fā)射帶

4、，其峰值在594nm左右，屬于Mn2+的4T1(4G)-6A1(6S)能級(jí)躍遷。該熒光粉的激發(fā)光譜在240-410nm之間有吸收，發(fā)射光譜為連續(xù)波段，覆蓋了428-690nm的可見(jiàn)光。通過(guò)改變Eu2+或Mn2+的濃度，可以靈活地調(diào)節(jié)光譜參數(shù)，如色坐標(biāo)、顯色指數(shù)和色溫。研究了Ba1.3Ca0.48-yZn0.2SiO4(y為Mn2+的含量)中Eu2+與Mn2+之間的能量轉(zhuǎn)移，Eu2+的一部分能量躍遷到基態(tài)，從而形成Eu2+的特征發(fā)射。另一部分Eu2+能量轉(zhuǎn)移到Mn2+而不發(fā)生輻射共振，從而形成Mn2+的特征發(fā)射。對(duì)于ba 1.3 ca 0.46-zzn 0.2 SiO 4:0.02 eu2+，0

5、.02mn2+，zre3+(re = dy，Sm，Gd，La)熒光粉，用敏化劑將不同的敏化劑改變成不同的濃度，可以有效提高Eu2+的發(fā)光強(qiáng)度，但它們的發(fā)射光譜形狀和峰位沒(méi)有明顯變化。通過(guò)比較，結(jié)果表明關(guān)鍵詞:LED白色磷光體；堿土硅酸鹽；高溫固態(tài)方法目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791258 引言1 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791259 第一章文獻(xiàn)綜述3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791260 1.1 稀土發(fā)光材料3 HYPERLINK l _RefHead

6、ing_Toc359791261 1.1.1 發(fā)光材料的簡(jiǎn)介3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791262 1.1.2 發(fā)光材料的分類(lèi)3 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791263 1.1.3 Eu2+的發(fā)光特性4 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791264 1.1.4稀土離子間的能量傳遞5 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791265 1.1.5 熒光粉的主要合成方法與優(yōu)缺點(diǎn)6 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791266 1.2 白光發(fā)光二極管8

7、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791267 1.3白光LED實(shí)現(xiàn)途徑與研究進(jìn)展9 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791268 1.4 白光LED的性能指標(biāo)12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791269 1.5 白光LED用熒光粉的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用要求15 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791270 1.6 本論文的研究容16 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791271 第二章實(shí)驗(yàn)部分17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc3

8、59791272 2.1 儀器與試劑17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791273 2.1.1 儀器17 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791274 2.1.2 試劑18 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791275 2.2Ba1.3Ca0.46-xZn0.2SiO4:0.02Eu2+,0.02Mn2+,xRe3+(Re=Dy,Gd, La,Sm)系列白色熒光粉的制備過(guò)程19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791276 2.2.1 實(shí)驗(yàn)配比的計(jì)算19 HYPERLINK l

9、_RefHeading_Toc359791277 2.2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791278 2.3 性能表征19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791279 2.3.1 晶相結(jié)構(gòu)分析19 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791280 2.3.2 熒光光譜測(cè)試20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791281 2.3.3 光色參數(shù)測(cè)試20 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791282 第三章結(jié)果與討論21 HYPERLINK

10、l _RefHeading_Toc359791283 3.1 Ba1.3Ca0.68-xZnxSiO4:0.02Eu2+光譜性能研究21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791284 3.1.1Ba1.3Ca0.68-xZnxSiO4:0.02Eu2+晶相結(jié)構(gòu)分析21 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791285 3. 2 Ba1.3Ca0.68-xZnxSiO4:0.02Eu2+的激發(fā)、發(fā)射光譜22 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791286 3. 3 不同Eu2+含量對(duì)熒光粉發(fā)光性能的影響23 HYPER

11、LINK l _RefHeading_Toc359791287 3.4 Ba1.3Ca0.5-x-yZn0.2SiO4:xEu2+,yMn2+的晶相結(jié)構(gòu)分析24 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791288 3.5 Ba1.3Ca0.46Zn0. 2SiO4:0.02Eu2+,0.02Mn2+熒光粉的發(fā)光性能25 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791289 3.6 不同Eu2+和Mn2+含量對(duì)熒光粉的光譜性能的影響26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791290 3.6.1 Mn2+濃度對(duì)Ba1.3Ca0.

12、48-yZn0.2SiO4:0.02Eu2+,yMn2+光譜性能的影響26 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791291 3.6.2 Eu2+濃度對(duì)Ba1.3Ca0.48-xZn0.2SiO4:xEu2+,0.02Mn2+光譜性質(zhì)的影響28 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791292 3.6.3 Eu2+Mn2+之間的能量傳遞29 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791293 3.7 Re3+(Re=Dy, Sm, Gd, La)對(duì)Ba1.3Ca0.46Zn0.2SiO4:0.02 Eu2+,0.02Mn2+

13、熒光粉發(fā)光性能的影響30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791294 3.7.1 Ba1.3Ca0.46-zZn0.2SiO4:0.02Eu2+,0.02Mn2+,zRe3+的發(fā)射光譜30 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791295 3.7.2 Ba1.3Ca0.46-zZn0.2SiO4:0.02Eu2+,0.02Mn2+,zRe3+熒光粉光色參數(shù)分析31 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791296 第四章結(jié)論35 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791297 參考文獻(xiàn)36

14、HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791298 致40 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791299 附錄41 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791300 附錄英文文獻(xiàn)原文41 HYPERLINK l _RefHeading_Toc359791301 附錄英文翻譯49介紹半導(dǎo)體照明光源作為一種新型高效固體光源，具有壽命長(zhǎng)、節(jié)能、環(huán)保、色彩豐富、小型化等顯著優(yōu)點(diǎn)。它將成為人類(lèi)照明史上的又一次飛躍。在全球能源短缺的背景下，白光LED備受關(guān)注。歐美日等先進(jìn)國(guó)家投入大量人力，成立專門(mén)機(jī)構(gòu)推動(dòng)白光LED的研發(fā)。21世紀(jì)將

15、進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代。目前最成熟的白光LED是用黃色YAG:Ce3+熒光粉涂覆日本公司開(kāi)發(fā)的藍(lán)光LED芯片合成的。然而，由于YAG:Ce3+熒光中缺少紅色成分，低顯色性的問(wèn)題使得尋找新的熒光粉變得越來(lái)越重要。目前實(shí)現(xiàn)白光LED的成熟方法有三種12:一是利用LED芯片發(fā)出的光激發(fā)熒光粉，芯片發(fā)出的光與熒光粉混合形成白光，即熒光粉涂層轉(zhuǎn)光法；二是用紅、綠、藍(lán)LED制備LED白光元件，即多色LED組合法；第三種是利用多個(gè)有源層使LED直接發(fā)出白光，即多量子阱法。目前報(bào)道的發(fā)光效率最高的白光LED和商業(yè)化的白光LED產(chǎn)品都采用熒光粉涂層轉(zhuǎn)光法。提高熒光粉的發(fā)光效率是實(shí)現(xiàn)高亮度白光LED

16、的關(guān)鍵因素。根據(jù)熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光的顏色，熒光粉主要分為三類(lèi):藍(lán)色、紅色和綠色(黃色)熒光粉。藍(lán)光LED激發(fā)的YAG熒光粉是研制最早、最成熟的光轉(zhuǎn)換材料。YAG熒光粉被藍(lán)色LED芯片發(fā)出的藍(lán)光激發(fā)發(fā)出550-580nm的黃光，與藍(lán)光混合后產(chǎn)生4000-15000K顯色指數(shù)為75-85的白光。但它有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn):YAG發(fā)出的黃光缺少紅色成分，只能得到兩個(gè)顯色指數(shù)較低的原色白光。目前已有通過(guò)添加紅粉或綠粉來(lái)改善顯色效果的方法，但這種方法合成的白光是通過(guò)調(diào)整芯片表面熒光粉的厚度來(lái)改變色溫的，因此其靈活性較低。隨著LED芯片技術(shù)的成熟，其發(fā)射波長(zhǎng)逐漸向短波方向發(fā)展，出現(xiàn)了340 420 nm的紫外-近

17、紫外芯片，由這種芯片激發(fā)的熒光粉合成白光是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。目前市場(chǎng)上或相關(guān)報(bào)道中用紫外芯片激活熒光粉得到的白光多采用三原色【藍(lán)、紅、綠(黃)熒光粉。由于有多種可選的熒光粉，并且可以通過(guò)改變?nèi)谋壤齺?lái)調(diào)節(jié)不同色溫的白光led，靈活性大大提高?？上谋壤茈y調(diào)整，存在一些缺陷，比如紅光或者綠光重新吸收藍(lán)光，紫光可以激活的紅粉效率低。然而，單基質(zhì)白光或多相白光熒光粉的一步合成可以克服這一缺陷。單矩陣白光是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，但其發(fā)光效率仍然較低，或者發(fā)射波長(zhǎng)與理想組合白光相差較大。本文以摻雜氧化鋅的堿土硅酸鹽為基質(zhì)，以稀土Eu2+和過(guò)渡金屬M(fèi)n2+為激活離子，從一步合成多晶相的角度出發(fā)，制備

18、了白色熒光粉。硅酸鹽化合物晶體結(jié)構(gòu)多樣，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，合成溫度低，比鋁酸鹽發(fā)光材料具有更高的耐高溫性和耐水性，因此作為發(fā)光材料的基質(zhì)具有很大的優(yōu)勢(shì)。人們對(duì)各種激活離子的發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了大量的研究，特別是Eu2+單激活或Eu2+-Mn2+共激活的硅酸鹽是一類(lèi)重要的發(fā)光材料，廣泛用作LED燈的熒光粉，但主要是單色或雙色的。比如Eu2+單激活(Ba，Ca)3MgSi2O8就是一種高效藍(lán)色熒光粉，Mn2+共激活可以引入紅光。Eu2+單激活BaCaZnSiO4是一種高效的藍(lán)綠色熒光粉。Re3+(Re=La，Sm，Dy，Gd)的摻雜能有效提高Eu2+的發(fā)光強(qiáng)度，但它們的發(fā)射光譜形狀沒(méi)有明顯變化。本文的主

19、要內(nèi)容如下:1 .研究高溫固相法合成硅酸鹽熒光粉中Eu2+的最佳單摻量。2.研究了摻Eu2+堿土硅酸鹽熒光粉中Mn2+的最佳摻雜量。3.研究了不同敏化劑離子(La、Dy、Sm、Gd)及其最佳濃度對(duì)Eu2+/Mn2+共摻雜熒光粉發(fā)光性能的影響。第一章是文獻(xiàn)綜述。1.1稀土發(fā)光材料1.1.1發(fā)光材料介紹發(fā)光材料是一種能將從外界吸收的各種形式的能量轉(zhuǎn)化為不平衡光輻射的功能材料3，4，也稱發(fā)光體。固態(tài)發(fā)光材料通常由兩部分組成。物質(zhì)的主要成分，即其主體，在發(fā)光中稱為基質(zhì)。摻雜的少量能影響甚至決定發(fā)光亮度和顏色的成分，如Eu2+稱為激活劑。激活劑對(duì)材料的發(fā)光性能起著重要的作用。如果加入的摻雜劑能改善或改變

20、發(fā)光性能，則稱之為共激活劑。那些能明顯增強(qiáng)物質(zhì)發(fā)光強(qiáng)度的物質(zhì)稱為敏化劑，如Dy3+，Sm3+，La3+，Gd3+等。發(fā)光材料一般有粉末、單晶、薄膜三種形態(tài)。粉末狀無(wú)機(jī)材料是應(yīng)用最早也是最廣泛的一種，熒光粉就是粉末狀發(fā)光材料。它被用在電視機(jī)、熒光燈、電腦顯像管和其他我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)的東西上。熒光粉作為一種無(wú)機(jī)材料，通常需要高溫(1000-1500)烘烤。為了在生產(chǎn)中節(jié)約能源，我們通常會(huì)在烘焙之前盡量將藥物的所有成分混合均勻。除了基體和活化劑，還需要加入另一種熔點(diǎn)更低的物質(zhì)，即熔劑。助熔劑可以降低藥物的燃燒溫度，使基質(zhì)易于結(jié)晶，幫助活化劑進(jìn)入基質(zhì)的晶格。藥材經(jīng)過(guò)焙炒后，往往需要經(jīng)過(guò)研磨、水洗

21、等后處理，才能使用。1.1.2發(fā)光材料的分類(lèi)所有含有稀土元素的發(fā)光材料都稱為稀土發(fā)光材料。稀土發(fā)光材料有很多種。如果按照稀土的作用分類(lèi)，有以下兩種情況。(1)稀土離子作為激活劑摻雜在基質(zhì)中作為發(fā)光中心的離子稱為激活劑。以稀土離子為激活劑的燈具是最重要的一類(lèi)稀土發(fā)光材料，根據(jù)基質(zhì)材料的不同可分為兩種情況:材料基質(zhì)為稀土化合物，如y2 O3:Eu3+；材料的基質(zhì)為非稀土化合物，如SrAl2O4:Eu3+。可用作激活劑的稀土離子主要是Gd3+兩側(cè)的Sm3+、Eu3+、Eu2+、Td3+和Dy3+，其中以Eu3+和Td3+應(yīng)用最為廣泛。對(duì)于具有窄帶發(fā)射的Eu3+的發(fā)光已有許多研究。如果占據(jù)晶格中的反轉(zhuǎn)

22、中心，就會(huì)產(chǎn)生5D07F1躍遷輻射(橙光)。如果不在反轉(zhuǎn)中心，會(huì)產(chǎn)生5D07F2和5D07F4躍遷輻射，前者是紅色，后者是紅外。Eu2+激活材料的發(fā)光是Eu2+的4f65d4f7寬帶躍遷，發(fā)光材料的發(fā)射波長(zhǎng)在可見(jiàn)紫外區(qū)可以隨襯底的不同而變化。因此，可以通過(guò)選擇基質(zhì)的化學(xué)組成和添加適當(dāng)?shù)年庩?yáng)離子來(lái)改變晶場(chǎng)對(duì)Eu2+的影響，從而制備出具有特定波長(zhǎng)的新型熒光粉，提高熒光粉的發(fā)光效率。這種發(fā)光材料有廣泛的用途。在以稀土離子作為激活劑的發(fā)光材料中，除了稀土離子之外，有時(shí)還摻雜助激活劑敏化劑。(2)作為基質(zhì)材料的稀土化合物可用作基質(zhì)材料的常見(jiàn)稀土化合物包括Y2O3、La2O3、Gd2O3等。由稀土和過(guò)渡元

23、素組成的化合物也可以用作基體材料。1 . 1 . 3 Eu2+的發(fā)光特性Eu2+具有4f65d14f75d0的能級(jí)躍遷發(fā)射。由于Eu2+的4f電子對(duì)晶格的環(huán)境不敏感，其5d電子暴露在未屏蔽的外層，明顯受晶場(chǎng)影響，容易與晶格產(chǎn)生強(qiáng)耦合效應(yīng)，導(dǎo)致4f5d雜化軌道的能級(jí)分裂，與晶格聲子強(qiáng)耦合，在250 420nm范圍內(nèi)產(chǎn)生寬帶吸收。所有熒光材料都可以被有效激發(fā)。4f65d14f75d0的能級(jí)躍遷受基質(zhì)晶場(chǎng)影響較大，通常發(fā)射光譜較寬，發(fā)射強(qiáng)度高，峰位調(diào)制度高。比如4f4f5d躍遷的發(fā)射光譜位置隨主體而變化，當(dāng)晶場(chǎng)變強(qiáng)時(shí)，峰位紅移。因此，Eu2+離子已成為一種重要的稀土離子活化劑，廣泛應(yīng)用于各種熒光粉中

24、，如發(fā)射藍(lán)光的BaMgAl10O7三基色熒光粉和各種白光led用熒光粉。圖1.1是Eu2+的4f5d電子組態(tài)的能級(jí)位置(E)與晶體場(chǎng)強(qiáng)()之間的關(guān)系圖1.1 Eu2+4f5d電子組態(tài)的能級(jí)位置(E)與晶體場(chǎng)強(qiáng)()的關(guān)系圖1.1 Eu2+的能級(jí)1.1.4稀土離子間的能量轉(zhuǎn)移離子間的能量轉(zhuǎn)移是一種非常普遍和重要的物理現(xiàn)象，主要是指一個(gè)離子通過(guò)一些物理過(guò)程，如碰撞、能量交換、光的輻射重吸收和非輻射過(guò)程等，將自身的能量轉(zhuǎn)移給另一個(gè)離子5。能量傳遞模式可分為兩類(lèi):輻射傳遞和非輻射傳遞。輻射轉(zhuǎn)移是一個(gè)能量轉(zhuǎn)移過(guò)程，其中一個(gè)離子發(fā)射的光譜能量與另一個(gè)離子吸收的能量重合，然后發(fā)射的光會(huì)被另一個(gè)離子吸收，輻射會(huì)

25、被重新吸收。這種能量轉(zhuǎn)移的效率一般不隨兩個(gè)離子之間距離的變化而變化，但其效率相對(duì)較低。無(wú)輻射轉(zhuǎn)移是指能量從一個(gè)離子的某一組能級(jí)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)能級(jí)相近的離子，而沒(méi)有輻射。這種能量傳遞效率高，是能量傳遞的主要方式。無(wú)輻射轉(zhuǎn)移的形式主要是共振轉(zhuǎn)移，可分為交換作用和電多極作用。共振過(guò)程要求敏化劑S和活化劑A具有相似的匹配能級(jí)。圖1.2顯示了共振傳輸?shù)娜N形式。當(dāng)離子之間的距離約為20時(shí)，發(fā)生共振轉(zhuǎn)移。因此，這種能量轉(zhuǎn)移取決于晶體中活性離子的濃度。圖1.2共振傳遞模式示意圖圖1.2能量傳遞的共振方式示意圖當(dāng)S和A是同一個(gè)離子，當(dāng)它們的濃度達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生濃度猝滅。稀土離子本身有很多能級(jí)，這些能級(jí)之

26、間有很多成對(duì)能級(jí)匹配的機(jī)會(huì)。而不同的稀土離子，由于所處的環(huán)境不同，導(dǎo)致不同的Strak能級(jí)分裂，會(huì)導(dǎo)致不同的匹配能級(jí)，影響猝滅濃度。除了上述的輻射重吸收和共振轉(zhuǎn)移的能量轉(zhuǎn)移外，還有能量傳遞方式。能量輸運(yùn)是指通過(guò)電子、空穴、激子等的運(yùn)動(dòng)，將激發(fā)能量從晶體的一部分帶到晶體的另一部分的過(guò)程。能量傳輸可以細(xì)分為載流子能量傳輸和激子能量傳輸。載流子的能量傳輸通過(guò)自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子(如電子、空穴、離子等)的擴(kuò)散和漂移來(lái)傳輸能量。).1.1.5熒光粉的主要合成方法及優(yōu)缺點(diǎn)目前，稀土發(fā)光材料的主要合成方法有:高溫固相法、共沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法、微波法、燃燒法等6-10。1.高溫固態(tài)方法高溫固相法是將原

27、料按比例混合均勻，然后放入瓷舟中，在一定的條件下(溫度、還原氣氛、反應(yīng)時(shí)間等)進(jìn)行焙燒。)來(lái)獲得產(chǎn)品。還原過(guò)程中采用的方法有:(1)在一定比例的N2+H2氣流中燃燒還原；(2)在一定比例的N2+氬氣流中燃燒還原；(3)以適當(dāng)?shù)牧魉贉p少氨氣流量；(4)在活性炭粉存在下還原。本次畢業(yè)論文采用高溫固相法，煅燒過(guò)程進(jìn)入50%表示流量。固相反應(yīng)法是制備熒光材料應(yīng)用最廣泛的傳統(tǒng)方法。固相反應(yīng)的必要條件是反應(yīng)物必須充分接觸。當(dāng)反應(yīng)物充分研磨混合均勻后，可以增加反應(yīng)物之間的接觸面積，從而增加原子或離子的擴(kuò)散和輸運(yùn)效率，有利于固相反應(yīng)。此外，溫度、壓力、流量等。也是影響固態(tài)反應(yīng)的重要因素。優(yōu)點(diǎn):能保證良好的晶體

28、結(jié)構(gòu)，晶面缺陷少，產(chǎn)品發(fā)光強(qiáng)度高，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。缺點(diǎn):焙燒溫度高(1000-1400)，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，能耗高，產(chǎn)品塊狀。2.溶膠-凝膠法金屬醇鹽或無(wú)機(jī)鹽水解形成溶膠或凝固形成溶膠，然后溶膠凝膠，經(jīng)干燥、焙燒得到產(chǎn)品。優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)品可在較低溫度下合成，產(chǎn)品均勻性好，粒徑小。缺點(diǎn):與高溫固相法相比，合成的產(chǎn)品發(fā)光和余輝性能差，操作過(guò)程復(fù)雜，容易引入雜質(zhì)，反應(yīng)過(guò)程難以控制，反應(yīng)周期長(zhǎng)。3.水熱法合成在這種合成方法中，以液態(tài)水或氣態(tài)水作為傳遞壓力的介質(zhì)，在高壓下大部分反應(yīng)物可以部分溶解于水中，從而使反應(yīng)可以在液相或氣相中進(jìn)行。優(yōu)點(diǎn):合成溫度低，產(chǎn)品顆粒細(xì)小，體系穩(wěn)定。缺點(diǎn):所得產(chǎn)品發(fā)光強(qiáng)度弱，反應(yīng)周期長(zhǎng)

29、，工藝復(fù)雜。4.燃燒法這種方法的提出是為了克服高溫固相法制備的材料粒徑大，球磨后晶型被破壞，發(fā)光亮度大大降低的缺點(diǎn)。是高放熱化學(xué)體系通過(guò)外界能量誘發(fā)局部化學(xué)反應(yīng)(點(diǎn)火)，形成其前沿(燃燒波)，使化學(xué)反應(yīng)不斷蔓延直至整個(gè)反應(yīng)體系，最終達(dá)到合成所需材料的目的。該方法高效節(jié)能，具有相當(dāng)?shù)倪m用性。反應(yīng)產(chǎn)生的氣體還可以提供還原氣氛，可以防止低價(jià)金屬離子被氧化，從而省去額外的還原階段。目前燃燒法制備的產(chǎn)品發(fā)光性能并不理想。隨著實(shí)驗(yàn)的深入，燃燒法將是一種很有前途的合成方法。5.化學(xué)沉淀法以水溶性物質(zhì)為基本原料，不溶物從溶液中沉淀出來(lái)，沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、焙燒得到產(chǎn)品。優(yōu)點(diǎn):原料混合均勻，產(chǎn)品顆粒細(xì)小，合成溫

30、度低。缺點(diǎn):產(chǎn)品性能比高溫固相法差，晶粒形狀難以控制，容易引入雜質(zhì)，反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，難以控制。6.微波輻射合成法在這種合成方法中，使用微波作為加熱手段，在加熱過(guò)程中，熱量是從材料部分產(chǎn)生的，而不是從外部熱源吸收的。優(yōu)點(diǎn):加熱均勻，副反應(yīng)減少，產(chǎn)物相對(duì)簡(jiǎn)單，可在短時(shí)間和低溫下合成純度高、粒徑細(xì)、分布均勻、晶型好的發(fā)光材料。缺點(diǎn):大部分發(fā)光材料的原料都是很少吸收微波的氧化物，必須采取一定的措施(如在加熱后的原料外層覆蓋微波吸收物質(zhì))才能有效合成發(fā)光材料。綜上所述，對(duì)于不同基質(zhì)組成的熒光材料，合適的制備方法不僅可以提高熒光材料的發(fā)光性能，還可以獲得粒徑良好的粉體，減少能耗和污染，實(shí)現(xiàn)綠色合成。1.2白

31、光發(fā)光二極管20世紀(jì)90年代，藍(lán)光LED技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)化極大地推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)了白光發(fā)光二極管(WLED)的發(fā)展，成為照明領(lǐng)域的一大成就1115。照明光源的發(fā)展分為三類(lèi):白熾燈、普通和緊湊型熒光燈以及高壓氣體放電燈。LED是一種新型的固體照明光源，其中基于半導(dǎo)體化合物(In)GaN的白光LED引起了廣泛的關(guān)注和研究，它具有許多優(yōu)點(diǎn):發(fā)光效率高、熱值低、功耗低、節(jié)能；性能穩(wěn)定，不易損壞，使用壽命長(zhǎng)(可達(dá)5萬(wàn)小時(shí))；綠色環(huán)保，無(wú)輻射；瞬間啟動(dòng)，響應(yīng)快，實(shí)用性強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)電流和DC簡(jiǎn)單，無(wú)頻閃；體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，易于實(shí)現(xiàn)大面積陣列。白光LED作為一種照明光源，將在不久的將來(lái)取代目前廣泛使用的白熾燈和熒光燈。

32、可以肯定地說(shuō)，白光LED將引起照明行業(yè)的一場(chǎng)新革命，就像愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈一樣，更新照明模式16。在同等照明條件下，白光LED的能耗僅為白熾燈的20%，熒光燈的50%。如果中國(guó)的白熾燈和熒光燈全部換成WLED，至少可以節(jié)約一半的照明用電，相當(dāng)于兩個(gè)三峽大壩一年的總發(fā)電量。節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益非常明顯和可觀。它可以大大節(jié)約稀缺的能源資源，減少火力發(fā)電產(chǎn)生的CO2等氣體的排放。因此，發(fā)達(dá)國(guó)家相繼制定了國(guó)家研究項(xiàng)目。例如，日本的“21世紀(jì)之光”研究和發(fā)展計(jì)劃，由13家公司和4所大學(xué)參加；美國(guó)能源部建立了國(guó)家半導(dǎo)體照明研究計(jì)劃，有13個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、公司和大學(xué)參與。歐共體設(shè)立了彩虹計(jì)劃多色光源全銀，成立

33、了執(zhí)行研究總局，委托六家大公司和兩所大學(xué)實(shí)施；該地區(qū)還設(shè)立了“照明光源跨世紀(jì)發(fā)展計(jì)劃”，有16個(gè)生產(chǎn)、科研機(jī)構(gòu)和大學(xué)參加；同時(shí)，我們國(guó)家也啟動(dòng)了“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”的國(guó)家計(jì)劃，并取得了很大的進(jìn)展，成立了北大藍(lán)光科技、藍(lán)寶光電、方大電子，為白光LED的研究和產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。1.3白光LED的實(shí)現(xiàn)方式及研究進(jìn)展根據(jù)制備方法，白光led分為三種:紅綠藍(lán)(RGB)多l(xiāng)ed芯片組合白光led17-20、有機(jī)白光led21-27和熒光下轉(zhuǎn)換白光led28-39。紅綠藍(lán)(RGB)多LED芯片組合白光LED是指將不同顏色(一般為紅綠藍(lán))的LED按一定方式排列形成白光的LED模組。目前主要用于戶外和家用顯示

34、器以及液晶和電視的背光。多核RGB技術(shù)利用RGB單色LED芯片組合成一個(gè)像素實(shí)現(xiàn)白光。目前各種顏色LED的發(fā)光效率約為30 lm/W，綠光LED約為45 lm/W，紅光LED約為100 lm/W，組合白光LED的平均發(fā)光效率為70-80 lm/W，顯色指數(shù)約為90%。因此，這種白光LED具有發(fā)光效率高、顯色性好、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)椴恍枰獰晒夥圻M(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，所以發(fā)光效率高。但缺點(diǎn)也很多:由于三種顏色LED的量子效率不同，每個(gè)單個(gè)LED芯片的性能不同，會(huì)帶來(lái)輸出光的不穩(wěn)定，導(dǎo)致顏色穩(wěn)定性差；為了保持色彩穩(wěn)定，往往需要IC芯片控制和相對(duì)復(fù)雜的外圍監(jiān)控反饋系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償。再加上其光學(xué)設(shè)計(jì)，封裝難度大，成

35、本高，是普通白光led的數(shù)倍。近年來(lái)，也有關(guān)于高發(fā)光效率和高顯色性的有機(jī)白光LED的報(bào)道30-35。例如，可以通過(guò)真空沉積多層有機(jī)聚合物電致發(fā)光薄膜，分別摻雜紅、綠、藍(lán)熒光染料，或者將三色染料分別沉積到不同的量子阱中，利用有機(jī)多量子阱電致發(fā)光器件獲得白光；白光也可以通過(guò)將藍(lán)色和紅色染料分別添加到發(fā)光層和電子傳輸層中的三層電致發(fā)光器件中來(lái)獲得。然而，有機(jī)材料的不穩(wěn)定性和短壽命限制了有機(jī)白光LED的進(jìn)一步發(fā)展。目前，熒光下轉(zhuǎn)換白光LED是應(yīng)用最廣泛和最廣泛的。它利用藍(lán)色(或紫色)LED芯片發(fā)出藍(lán)色或紫色的光，然后激發(fā)其他發(fā)光材料產(chǎn)生紅光和綠光(或紅、綠、藍(lán)光)混合形成白光。這種白光LED主要包括以

36、下三種類(lèi)型:(1)白光LED，帶藍(lán)色LED芯片和黃色熒光粉，可被藍(lán)光有效激發(fā)。LED發(fā)出的藍(lán)光一部分被熒光粉吸收，激發(fā)熒光粉發(fā)出黃光，發(fā)出的黃光與剩余的藍(lán)光混合；通過(guò)調(diào)節(jié)它們的強(qiáng)度比，可以獲得各種色溫的白光。目前最成熟商業(yè)化的白光LED是由LED藍(lán)芯片和YAG黃色熒光粉組成。該方法技術(shù)成本低，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于生產(chǎn)，顏色穩(wěn)定性好，工藝重復(fù)性好，功耗低。但這種藍(lán)黃光混合的白光LED缺少紅光部分，光譜不夠?qū)挘茈y發(fā)出高顯色性的白光。同時(shí)會(huì)有一些光暈效應(yīng)(定向LED發(fā)光與熒光粉散射光角度分布不同)等缺陷，同時(shí)容易出現(xiàn)藍(lán)色背景。此外，YAG的發(fā)光顏色受輸入電流和熒光粉涂層厚度的影響很大，隨著環(huán)境溫

37、度的升高，YAG的發(fā)光強(qiáng)度有下降的趨勢(shì)，容易導(dǎo)致色溫漂移。(2)一種白色發(fā)光二極管，將紫色或紫外發(fā)光二極管芯片與紅色、綠色和藍(lán)色磷光體結(jié)合在一起，可被紫色或紫外光有效激發(fā)。三基色熒光粉被紫光或紫外光激發(fā)發(fā)出紅、綠、藍(lán)光，然后混合成白光。與之前的方案相比，該方案具有色質(zhì)可選、顯色指數(shù)高(Ra可達(dá)90)、高效熒光粉種類(lèi)多等優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)樽瞎?尤其是紫外光)的能量高于藍(lán)光，可以進(jìn)一步提高白光LED的光效。此外，其光譜更寬，可以進(jìn)一步提高其顯色指數(shù)；同時(shí)可以根據(jù)需要準(zhǔn)備不同色溫或顏色的LED產(chǎn)品，沒(méi)有背景光。但其缺點(diǎn)是混合后往往存在顏色重吸收和熒光粉間比例調(diào)節(jié)的問(wèn)題，極大影響流明效率和色彩還原度。郎凱

38、等人合成了可被(近)紫外光激發(fā)的白色熒光粉ba 0.905 ca 0.845mg 0.25 SiO 4:0.02 eu 2+，0.025mn2+28和Ba3cA4mg (SiO4) 4: 0.08Eu2+，0.13mn2+29，具有Ba1.31Ca0.69SiO4，ba 0.905 ca 0.845mg 0.25 SiO 4:0.25 SiO 4的光譜特性發(fā)射光譜是寬帶連續(xù)光譜，在461、501和600nm處有三個(gè)發(fā)射峰，覆蓋了藍(lán)色到紅色的波段。它們的峰屬于BaCa2Mg (SiO4)2) 2和Ba1.31Ca0.69SiO4晶體中Eu2+的5d4f躍遷發(fā)射和Mn2+的4T1-6A1躍遷發(fā)射。

39、Ba3c4a4mg (SiO2) 4: 0.08eu2+，0.13 Mn 2+熒光粉具有色溫6592K，顯色指數(shù)84.3%，色坐標(biāo)(0.3137，0.3118)的特點(diǎn)。從藍(lán)光到紅光、藍(lán)光460nm和綠光495nm的發(fā)射多峰寬帶分別屬于BaCa2Mg(SiO4)2晶相和Ba1.31Ca0.69SiO4晶相Eu2+的4f65d14f7躍遷發(fā)射峰。在橙紅色區(qū)的595nm處，670-700nm的尾發(fā)射峰是BaCa2Mg(SiO4)2) 2晶相兩種不同配位環(huán)境下Mn2+占據(jù)Mg2+的特征發(fā)射峰。(3)(近)紫外激發(fā)單矩陣白光LED白光LED白光LED結(jié)合熒光粉。LED激發(fā)單個(gè)矩陣的熒光粉，獲得紅、綠、藍(lán)

40、光的發(fā)射，然后混合成白光。這種類(lèi)型的白光LED沒(méi)有諸如各種磷光體的比例和顏色再吸收的問(wèn)題，并且具有寬的發(fā)射光譜。與藍(lán)光芯片和黃色熒光粉組成的白光LED相比，可以獲得更高的顯色指數(shù)。因此，開(kāi)發(fā)單一基質(zhì)的白色熒光粉具有重要的意義。近年來(lái)，由(近)紫外光激發(fā)的單基質(zhì)磷光體的類(lèi)型已被不斷研究。2004年，Kim等人30首先合成了一種新型的高溫近紫外光激發(fā)的高效白光熒光粉Ba3MgSi2O8:Eu2+，Mn2+。在400nm的近紫外光激發(fā)下，它發(fā)出442nm藍(lán)光、505nm綠光和620nm紅光，混合后得到白光。同時(shí)，其顯色指數(shù)(color rendering index)顯著提高。這是因?yàn)樵谶@個(gè)體系中，

41、Ba有三種不同的晶格:12配位的M(I)，10配位的M(II)和M(III)。當(dāng)Eu2+占據(jù)12配位位置時(shí)，發(fā)出藍(lán)光，Eu2+占據(jù)10配位位置，Mn2+發(fā)出紅光。隨后，小源等人31報(bào)道了用Sr2MgSiO5:Eu2+白色磷光體的單一基質(zhì)和發(fā)射400nm近紫外光的InGaN管芯制造白色LED。正向驅(qū)動(dòng)電流為20mA時(shí)，色溫為5664K；顏色坐標(biāo)是x=0.33，y = 0.34顯色指數(shù)為85；光強(qiáng)達(dá)到8100cd/m2。Lee等人32報(bào)道了通過(guò)固態(tài)反應(yīng)制備全色硅酸鹽磷光體CaMgSi2O6:Eu2+，Mn2+。在365nm近紫外激發(fā)后，三個(gè)發(fā)射帶的峰值分別位于450nm(藍(lán)色)、580nm(黃色)

42、和680nm(紅色)。其顯色指數(shù)可高達(dá)88%，是一種優(yōu)良的近紫外激發(fā)全色硅酸鹽熒光粉。支平33制備了單基質(zhì)Ca10(Si2O7)3Cl2:Eu2+，Mn2+白色熒光粉，在370nm近紫外光激發(fā)下發(fā)出高亮度白光。實(shí)測(cè)色坐標(biāo)x=0.323，y=0.327，色溫5664K，顯色指數(shù)85%。Eu2+的發(fā)射中心形成峰值為426nm和523nm的特征寬光譜，通過(guò)Eu2+向Mn2+的能量轉(zhuǎn)移，形成峰值為585nm的寬光譜發(fā)射。紅、綠、藍(lán)發(fā)射帶疊加后，在同一襯底上實(shí)現(xiàn)白光發(fā)射。Yu-Ho Won等人34報(bào)道了用于暖白光發(fā)光二極管的可調(diào)全色發(fā)光La0.827Al11.9O19.09:Eu2+、Mn2+、Mn2+

43、磷光體。在385nm紫外光的激發(fā)下，有三個(gè)發(fā)射峰。發(fā)出的藍(lán)光來(lái)自Eu2+，綠光和紅光來(lái)自Mn2+。通過(guò)改變Mn2+的含量，可以容易地在藍(lán)光和紅光之間調(diào)節(jié)發(fā)射的光。郭等35合成了Ce3+和Mn2+共摻雜的Ba2Ca(BO3)2熒光粉，并通過(guò)調(diào)節(jié)Ce3+和Mn2+的濃度來(lái)研究其發(fā)光性能。由于Ce3+的兩種形式分別占據(jù)Ba2+Ce3+(I)和Ca2+Ce3+(II)的位置，它們發(fā)射綠光和藍(lán)光。Mn2+進(jìn)入Ca2+的位置發(fā)出紅光，結(jié)合得到白光。袁等36合成了Ca3Sc2Si3O12:Dy3+白色熒光粉，其發(fā)射光譜呈現(xiàn)兩個(gè)區(qū)域，藍(lán)色區(qū)域?yàn)镈y3+離子從4F9/2到6H15/2的躍遷發(fā)射，黃色區(qū)域?yàn)?F9

44、/2到6H13/2的躍遷發(fā)射，可直接與近紫外LED芯片匹配產(chǎn)生白光，白光的色溫和色坐標(biāo)可通過(guò)改變激活劑濃度來(lái)調(diào)節(jié)。錢(qián)-黃浩等人37合成了一種單基質(zhì)暖白光熒光粉(Ca0.96Eu0.01Mn0.03)4 Si2O7F2，在400nm激發(fā)，其發(fā)射光譜由藍(lán)光(460nm)和橙紅光(576nm)組成，分別屬于Eu2+的4f-5d躍遷和Mn2+的4t1 (4g)。具有良好的發(fā)光特性:CIE(0.347，0.338)，Tc=4880K。同時(shí)，改變Eu2+/Mn2+的比例可以將發(fā)射光譜從藍(lán)光變?yōu)榘坠饣螯S光。劉偉仁等人38合成了一種新的單基質(zhì)KCaY(PO4)2:1%Eu2+，4%Mn2+白色磷光體。在365

45、nm激發(fā)下，其發(fā)射光譜由藍(lán)光(480nm)和紅光(652nm)組成，較好的正白光熒光粉CIE (0.314，0.329)郎凱等人39合成了近紫外激發(fā)的單基質(zhì)白光熒光粉BaMgSiO4:0.02Eu2+，0.03Mn2+。其發(fā)射光包括紅色、綠色和藍(lán)色，波長(zhǎng)分別為440、510和620nm，可用作單矩陣白光LED的全色熒光粉。當(dāng)調(diào)節(jié)Mn2+的濃度時(shí)，合成了具有不同色溫的冷白色和暖白色。N. S. Choi等40制備了(Ba，Ca)2SiO4:Eu2+，Mn2+高效暖白色熒光粉(CCT4000K)，其發(fā)光顏色從藍(lán)色到紅色不等，并對(duì)其能量模式(EU-Mn)進(jìn)行了研究。V. R. Bandi等人41制備

46、了一種新型白光熒光粉Ca3Y2Si3O12:Dy3+，Ce3+，其發(fā)射光譜分別由389nm，473nm和580nm組成，色坐標(biāo)CIE (0.349，0.33)與natu非常接近ral光CIE (0.33，0.33)。李等42成功合成了三基色白色熒光粉CA4Y6 (SiO2) 6O: Ce3+/Mn2+/Tb3+，在284nm或358nm波長(zhǎng)激發(fā)下可發(fā)出紅、綠、藍(lán)光。在驅(qū)動(dòng)電壓為3.0kV、電流為90mA的條件下，色坐標(biāo)CIE (0.328，0.0磷酸鹽類(lèi)熒光粉具有原料豐富、合成溫度低、易于合成等特點(diǎn)。具有廣闊的應(yīng)用前景，受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。1.4白光LED的性能指標(biāo)白光LED的性能主要由

47、以下指標(biāo)決定:激發(fā)光譜、發(fā)射光譜、色坐標(biāo)CIE、色溫(Tc)和顯色指數(shù)(Ra)。1.激發(fā)光譜激發(fā)光譜是指不同波長(zhǎng)的激發(fā)光激發(fā)熒光物質(zhì)的有效性。激發(fā)光譜反映了不同波長(zhǎng)的光對(duì)激發(fā)材料的作用，監(jiān)測(cè)波長(zhǎng)往往在一般數(shù)據(jù)中注明，指的是熒光粉的發(fā)光波長(zhǎng)。根據(jù)激發(fā)光譜，可以確定哪些頻率(或波長(zhǎng))對(duì)發(fā)光最有效，從而確定激發(fā)材料使其發(fā)光所需的激發(fā)光波長(zhǎng)范圍，可以確定發(fā)射強(qiáng)度最大時(shí)的最佳激發(fā)光波長(zhǎng)。2.放射譜光能按波長(zhǎng)或頻率的分布稱為發(fā)射光譜。當(dāng)熒光粉被特定激發(fā)波長(zhǎng)的光激發(fā)時(shí)，發(fā)出強(qiáng)度和能量分布不同波長(zhǎng)的光，所發(fā)出的光的能量分布繪制后稱為光譜能量分布圖。發(fā)射光譜的形狀主要由發(fā)光中心決定。稀土離子(如Eu2+)、過(guò)渡

48、金屬離子(如Mn2+)和其他一些重金屬離子都可以成為發(fā)光中心。它們的發(fā)光光譜通常是寬譜帶，并且隨著基質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)的變化而變化很大。同時(shí)，它還受激發(fā)光強(qiáng)度和波長(zhǎng)的影響。發(fā)射光譜中強(qiáng)度最高的波長(zhǎng)稱為主峰。3.顏色坐標(biāo)材料的發(fā)光顏色通常用顏色坐標(biāo)來(lái)表示。知道光譜分布后，就可以根據(jù)儀器的常數(shù)和CIE(國(guó)際照明委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)藥物的色度數(shù)據(jù)計(jì)算出色度坐標(biāo)，從而調(diào)整出所需的發(fā)光顏色。至于發(fā)光材料的發(fā)光顏色，由于心理和生理的影響，人們對(duì)顏色的判斷不會(huì)完全一樣。因此，為了量化和表征一種顏色，有必要用色度圖來(lái)代替人眼用物理方法測(cè)量顏色。一般來(lái)說(shuō)，熒光體的顏色是用色坐標(biāo)來(lái)表示的，任何彩色H0都可以用三原色來(lái)定量表示，

49、即藍(lán)色(x0)、綠色(y0)和紅色(z0):H0 = x * x0 + y * y0 + z * z0并且x、y和z的值與平面方程相關(guān):x + y + z = 1只有兩個(gè)值是相互獨(dú)立的，所以一般用(x，y)來(lái)表示一種顏色，稱為色坐標(biāo)。NTSC(美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì))規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)紅色坐標(biāo)為(0.37，0.33)，標(biāo)準(zhǔn)綠色坐標(biāo)為(0.21，0.71)，標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)色坐標(biāo)為(0.14，0.08)。將所有顏色標(biāo)注在同一個(gè)坐標(biāo)系中，就構(gòu)成了色度圖。國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)制定的CIE-193l色度圖是一個(gè)比較完整準(zhǔn)確的體系，是目前最常用的，如圖1.3所示?？拷敳渴蔷G色區(qū)域，左下是藍(lán)色區(qū)域，右下是紅色區(qū)域。就是

50、中間的白光區(qū)域，色坐標(biāo)落在這個(gè)區(qū)域的光就是白光。最純白的顏色坐標(biāo)是(0.33，0.33)。圖1.3 CIE-1931色度圖圖1.3 CIE-1931的色坐標(biāo)4.色溫色溫是表示光源光色的標(biāo)尺，單位為K(開(kāi)爾文)，是光源光譜質(zhì)量最常見(jiàn)的指標(biāo)。色溫由絕對(duì)黑體定義，當(dāng)光源的輻射在一定溫度下與黑體的發(fā)光顏色相同或接近時(shí)；或者當(dāng)某一溫度下光源的發(fā)光光譜與黑體相同或相近時(shí)，此時(shí)黑體的溫度稱為光源的色溫。一些常見(jiàn)光源的色溫為:標(biāo)準(zhǔn)燭光為1930K； HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1306018.htm 鎢絲燈2760-2900k；

51、 HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/434821.htm 熒光燈是3000K； HYPERLINK ./%20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/13713.htm 閃光燈是3800K；中午5400K；電子閃光燈6000K；12000-18000K。在實(shí)際照明光源中，只有白熾燈的發(fā)光光譜與黑體的發(fā)光光譜最接近，其他照明光源的發(fā)光光譜與黑體的發(fā)光光譜不同，有些相差很大，但發(fā)光顏色相似。在這種情況下，人們引入了“關(guān)聯(lián)色溫”，定義為:在色度圖上，一個(gè)照明光源的色坐標(biāo)點(diǎn)與黑體軌跡線最

52、近距離所對(duì)應(yīng)的黑體溫度，就是該光源的關(guān)聯(lián)色溫。5.顯色指數(shù)光源的顯色能力稱為顯色性，與參考光源(白熾燈或彩繪燈)下物體的外觀顏色相比較。發(fā)射光的光譜體積決定了光源的顏色，光譜組成較寬的光源更有可能提供較好的顯色質(zhì)量。當(dāng)光源光譜中參考光源下的物體反射的主波很少或沒(méi)有時(shí)，顏色會(huì)有明顯的色差。色差越大，光源的顯色性越差。顯示指數(shù)是定義光源顯色性評(píng)價(jià)的常用方法。根據(jù)CIE的規(guī)定，光源的顯色指數(shù)Ra由以下公式確定:Ra = 100 - 4.6Ei為了全面反映光源的顯色性能，CIE還確定了15種測(cè)試色，如表1.1所示。表1.1 CIE規(guī)定的實(shí)驗(yàn)色序號(hào)和相應(yīng)顏色表1.1 CIE定義的實(shí)驗(yàn)色序和相關(guān)顏色CIE

53、序列號(hào)(I)白天看到的顏色CIE序列號(hào)(I)白天看到的顏色一個(gè)明亮的灰紅色九濃紅色2暗紅10濃黃色三濃厚的黃綠色11濃綠色四中度淺黃綠色12濃藍(lán)色五明亮的藍(lán)綠色13明亮的淡黃色-粉紅色(人類(lèi)膚色)六淡藍(lán)色14中度橄欖綠七淺紫色15樹(shù)葉顏色八明亮的紅紫色表1.2顯示了指數(shù)水平和合適的應(yīng)用場(chǎng)所，100為最高。20以下的光源通常不適合一般使用。表1.2顯色指數(shù)等級(jí)表1.2顯色指數(shù)等級(jí)顯示指數(shù)等級(jí)顯色性普遍應(yīng)用90-1001A好的需要精確顏色對(duì)比的地方80-891B較好的需要正確顏色判斷的地方60-792普通的需要中等能見(jiàn)度的地方40-59三矛盾對(duì)顯色要求不高，色差小的地方20-39四矛盾對(duì)顯色物質(zhì)無(wú)

54、特殊要求的場(chǎng)所1.5白光LED用熒光粉的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用要求白光LED的應(yīng)用越來(lái)越與人類(lèi)的日常生活息息相關(guān)，特別是對(duì)于一些對(duì)熱量和輻射要求較高的場(chǎng)所的照明，白光LED發(fā)揮著不可替代的作用。白光LED用熒光粉是照明系統(tǒng)的重要組成部分，也是影響和決定白光LED發(fā)光效率和質(zhì)量的重要因素。因此，尋找新的熒光粉和改進(jìn)熒光粉的研究方法，特別是開(kāi)發(fā)用于紫外-紫外激發(fā)白光LED的納米熒光粉，是當(dāng)前和未來(lái)研究的重點(diǎn)。白色熒光粉的發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用需求:激發(fā)帶在紫色和近紫色區(qū)域盡可能寬。它具有高量子效率( 90%)和在激發(fā)帶的強(qiáng)吸收。存在合適的發(fā)射帶(450、540、610nm，白光合成的優(yōu)選帶)。具有穩(wěn)定的物理化學(xué)性

55、質(zhì)，高溫(200)下發(fā)射強(qiáng)度和量子效率高，抗紫外線輻射能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)。具有合適的形態(tài)和粒度。合成條件和制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉。1.6本文的研究能力本文的研究目標(biāo)是獲得高亮度、高色純度、高發(fā)光效率的全彩色稀土硅酸鹽白光LED熒光粉，并探討其發(fā)光性能。1.采用高溫固相法一步合成了六方晶相的堿土硅酸鹽Ba1.3Ca0.7-x-yZny SiO4:xEu2+藍(lán)綠色熒光粉。討論了摻雜Zn2+離子對(duì)基質(zhì)晶相的影響，并研究了其激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。2.在確定了Zn2+的最佳濃度后，采用高溫固相法在還原氣氛下合成了稀土離子Eu2+激活的Ba1.3Ca0.5-xZn0.2SiO4:xEu2+熒光粉。3.在確定

56、了Eu2+的最佳濃度后，制備了稀土離子Eu2+和過(guò)渡金屬離子Mn2+共激活的ba 1.3 ca 0.48-yzn 0.2 SiO 4:0.02 Eu2+，YMn2+熒光粉。4.在確定Eu2+和Mn2+的最佳濃度比后，將不同種類(lèi)的敏化劑離子摻雜到ba 1.3 ca 0.46-zzn 0.2 SiO 4:0.02 Eu2+，0.02 Mn 2+和zre3+(Re = Dy，Sm，Gd，La)熒光粉中，尋找最佳敏化劑離子濃度。第二章是實(shí)驗(yàn)部分。本章主要介紹熒光粉的制備方法，即高溫固相法，并指出其應(yīng)用特點(diǎn)和反應(yīng)原理。同時(shí)還介紹了實(shí)驗(yàn)中涉及的儀器、藥物、產(chǎn)品的制備過(guò)程，以進(jìn)行表征。高溫固相法是將固體原料

57、混合，在高溫下通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行固相反應(yīng)。這種方法是制備無(wú)機(jī)固體材料的傳統(tǒng)方法，也是最常用的方法。該方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，易于產(chǎn)業(yè)化，廣泛應(yīng)用于熒光粉的制備。但在這種方法中，反應(yīng)物一般以粉末的形式混合，粉末的粒徑大多在微米級(jí)，相當(dāng)于幾千個(gè)晶胞。說(shuō)明反應(yīng)物之間的接觸非常不充分，進(jìn)行固相反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)物會(huì)通過(guò)顆粒的接觸面擴(kuò)散到晶格中，所以固相反應(yīng)需要加熱到非常高的溫度。而且成型產(chǎn)品的粒徑較大，會(huì)在后期研磨時(shí)破壞激活劑的晶格位置，導(dǎo)致發(fā)光效率降低。這種方法比較常用，已經(jīng)形成工業(yè)化生產(chǎn)。雖然這種方法有一些缺點(diǎn)，但與其他方法合成的產(chǎn)品相比，這種方法制備的產(chǎn)品在發(fā)光性能指標(biāo)上有很大的優(yōu)勢(shì)。2.1儀器和試劑儀器

58、表2.1實(shí)驗(yàn)中使用的儀器表2.1實(shí)驗(yàn)中的主要設(shè)備儀器名稱模型制造商電子天平BSA224S-CW奧爾德里斯科學(xué)儀器真空爐DZF-6050景宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)控超聲波KQ-250分貝市政超聲波儀器帶三臺(tái)紫外分析儀ZF8康華生化儀器XX公司循環(huán)水多用途真空泵SHZ-95A鞏義市裕華儀器有限公司配方恒溫干燥爐類(lèi)型01-y中拓儀器瑪瑙魔耳120毫米華僑儀器廠高溫管式爐SSX-8-16歲城市節(jié)能電爐廠瓷舟國(guó)藥化學(xué)試劑試劑表2.2實(shí)驗(yàn)中使用的主要試劑表2.2實(shí)驗(yàn)中的主要試劑藥品名稱化學(xué)式規(guī)格(純度)制造商碳酸鋇BaCO3A.稀有國(guó)藥化學(xué)試劑碳酸鈣碳酸鈣A.稀有國(guó)藥化學(xué)試劑無(wú)水乙醇C2H5OHA.稀有世茂化學(xué)試劑廠

59、氧化銪Eu2O34N國(guó)藥化學(xué)試劑二氧化硅二氧化硅A.稀有國(guó)藥化學(xué)試劑氧化鋅化鋅A.稀有國(guó)藥化學(xué)試劑碳酸錳碳酸錳A.稀有中國(guó)醫(yī)藥(集團(tuán))化學(xué)試劑氧化鏑氧化鏑A.稀有國(guó)藥化學(xué)試劑氧化釓Gd2O3A.稀有國(guó)藥化學(xué)試劑氧化鑭La2O3A.稀有國(guó)藥化學(xué)試劑氧化釤Sm2O3A.稀有國(guó)藥化學(xué)試劑氯化鋇二水合物貝克爾H2OA.稀有化學(xué)試劑廠2.2 ba 1.3 ca 0.46-xzn 0.2 SiO 4:0.02 Eu2+，0.02mn2+，XRE3+(Re = Dy，Gd，La，SM)系列白色熒光粉的制備工藝2.2.1實(shí)驗(yàn)比例計(jì)算以合成的熒光粉ba 1.3 ca 0.46-xzn 0.2 SiO 4:0.0

60、2 eu 2+，0.02 Mn 2+和xre3+的量為8mmol，根據(jù)其分子組成計(jì)算原料的比例，即BAC O3:CaCO3:ZnO:eu2o 3:MNC O3:re2o 3:SiO 2的摩爾比為1.3: (0.46-) 7%(摩爾比)BaCl2 2H2O用作助熔劑。實(shí)驗(yàn)過(guò)程本實(shí)驗(yàn)采用高溫固相法制備了ba 1.3 ca 0.46-xzn 0.2 SiO 4:0.02 Eu2+，0.02 Mn 2+和xre3+熒光粉。具體操作步驟如下:1.用分析天平準(zhǔn)確稱量以下藥物:BaCO3、CaCO3、SiO2、ZnO、Eu2O3、MnCO3、La2O3、Sm2O3、BaCl2 2H2O。2.將稱好的藥物放入