半導(dǎo)體照明及無機(jī)發(fā)光材料

半導(dǎo)體照明及無機(jī)發(fā)光材料第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日一、引言

二、半導(dǎo)體照明

三、無機(jī)發(fā)光材料

四、無機(jī)發(fā)光材料的制備方法

五、稀土摻雜的無機(jī)發(fā)光材料

第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日一、引言

白熾燈：光效較低，而且壽命短，易損壞。熒光燈：較白熾燈可以省電，但光效不高，存在電磁污染、使用壽命短、易碎等缺點(diǎn)，其主要組成部分汞還會造成環(huán)境污染。HID（高強(qiáng)度氣體放電）燈：光效難提高，成本高、維護(hù)困難、壽命短、電磁輻射。近幾十年來，科研工作者提出新型光源要符合三個(gè)條件：高效、節(jié)能；材料對環(huán)境無害；模擬自然光，顯色指數(shù)接近100。第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日二、半導(dǎo)體照明半導(dǎo)體照明就是將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合，通過空穴與電子的復(fù)合產(chǎn)生激子進(jìn)而激子躍遷發(fā)光。發(fā)光二極管LED是一種可以將電能轉(zhuǎn)化為光能的固體半導(dǎo)體發(fā)光器件。無機(jī)發(fā)光材料可以與當(dāng)今固體半導(dǎo)體照明匹配而產(chǎn)生白光。第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日半導(dǎo)體發(fā)光原理示意圖第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

無機(jī)發(fā)光材料基質(zhì)摻雜物激活劑電荷補(bǔ)償劑等共激活劑敏化劑三、無機(jī)發(fā)光材料（1）組成第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日基質(zhì)

基質(zhì)是熒光粉的主要組成部分，主要起禁錮激活離子或吸收能量的作用。由于基質(zhì)中結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的不同，對基質(zhì)中特定發(fā)光中心的晶體場環(huán)境也不同，可以使某些發(fā)光躍遷增強(qiáng)或減弱，還可以使某些發(fā)光躍遷產(chǎn)生劈裂。因此，基質(zhì)對熒光材料的發(fā)光性能有重要的影響。

第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日激活劑 激活劑在熒光粉中的含量非常少，一般只占熒光粉體系的萬分之幾到百分之幾，但激活劑在熒光粉的發(fā)光中起著決定性作用。熒光粉中可能只有一種激活離子，也有可能存在兩種或多種激活離子。對于只有一種激活離子的熒光粉，激活離子作為發(fā)光中心存在，它與基質(zhì)晶格或同離子之間發(fā)生能量傳遞。第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日敏化劑 對于有多激活離子的熒光粉，有的激活離子并不能起到發(fā)光中心的作用，但它可以將自己吸收的能量傳遞給發(fā)光中心，改善熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度和余輝時(shí)間；這種激活離子稱為敏化劑。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日激活劑并不是在所有的基質(zhì)中都可以作為發(fā)光中心，只是相對于某種發(fā)光基質(zhì)而言的；敏化劑并不是對所有的激活劑具有敏化作用，也只是相對于某種基質(zhì)中的某種激活劑而言的。第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日電荷補(bǔ)償劑由于離子電荷數(shù)存在差異，激活離子進(jìn)入基質(zhì)晶格后可能會引起電荷的增加后減少，并產(chǎn)生電荷缺陷。為了補(bǔ)償激活離子進(jìn)入基質(zhì)晶格所引起的電荷變化，以有利于激活離子進(jìn)入基質(zhì)晶格和不影響激活離子的發(fā)光性能，常常在基質(zhì)晶格中引入電荷補(bǔ)償劑。例如在鈦酸鹽基質(zhì)熒光材料中，常用的電荷補(bǔ)償劑一般為堿金屬陽離子和鋁離子等。第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

目前正在研究的無機(jī)發(fā)光材料的基質(zhì)可以分為：硫化物體系、氧化物體系、硫氧化物體系、釩酸鹽體系、鈦酸鹽體系、硅酸鹽體系、鉬酸鹽體系等。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日四、無機(jī)發(fā)光材料的制備方法

常用的制備方法有固相合成法、溶膠-凝膠法、水熱和溶劑熱法、微波法、燃燒法、沉淀法等。第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日1、溶膠-凝膠法

●溶膠-凝膠法是一種新興的濕化學(xué)合成方法，用于各種發(fā)光材料的合成當(dāng)中，而且此法制備的新型或改良的發(fā)光材料有的已成功用在光學(xué)設(shè)備上?？煞譃樗芤喝苣z-凝膠法（溶膠的形成主要由金屬陽離子的水解來完成）和醇鹽溶膠-凝膠法（醇鹽水解和聚合）。第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

●產(chǎn)品的均勻性好，使激活離子能夠均勻地分布在基質(zhì)晶格中，有利于尋找發(fā)光體發(fā)光最強(qiáng)時(shí)激活離子的最低濃度?！駸Y(jié)溫度比高溫固相反應(yīng)溫度低，同時(shí)燒前已部分形成凝膠，具有大的表面積．利于產(chǎn)物生成?！癞a(chǎn)品的純度高，且溶劑在處理過程中易被除去。反應(yīng)過程及凝膠的微觀結(jié)構(gòu)都易于控制，大大減少了支反應(yīng)的進(jìn)行?！袷箮畎l(fā)射峰窄化，同時(shí)提高發(fā)光體的相對發(fā)光強(qiáng)度和相對量子效率。溶膠-凝膠法與傳統(tǒng)的高溫固相反應(yīng)相比的優(yōu)點(diǎn)：第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日趙文卿等采用溶膠凝膠法制備出了Y3Al5O12

：Ce3+黃色熒光粉。制備的熒光粉樣晶體結(jié)構(gòu)為釔鋁石榴石結(jié)構(gòu)，合成過程的晶化溫度為900℃，而傳統(tǒng)的高溫固相合成法(1400℃以上)。經(jīng)過掃描電鏡的測試，可以看出樣品顆粒非常細(xì)小，平均粒徑可達(dá)到5μm,優(yōu)于市售的熒光粉。制備的YAG黃色熒光粉，激發(fā)光譜為雙峰結(jié)構(gòu)，在近紫外340nm有一激發(fā)峰，在可見光區(qū)有一最大激發(fā)峰位于455nm處。其發(fā)射光譜為在可見光區(qū)的寬譜，最強(qiáng)發(fā)射峰位于530nm。制備舉例第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日2、水熱和溶劑熱法●水熱合成指在一定溫度(100—1000℃)和一定壓力下(10—100MPa)利用溶液中物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)所進(jìn)行的合成。,如果溶劑中含有液態(tài)有機(jī)物或完全以有機(jī)物作為溶劑稱為溶劑熱。●水熱法是一種高效的發(fā)光材料合成方法，它主要有合成溫度低、條件溫和、含氧量小、缺陷不明顯、體系穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)?！袼疅岱ǖ娜秉c(diǎn)在于它只適用于氧化物材料或?qū)λ幻舾胁牧系闹苽浜吞幚?而一些對水敏感(水解、分解、不穩(wěn)定體系)的材料,水熱法就不適用了。第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日制備舉例一

羅昔賢等采用高溫水熱法合成了粒徑約50nm的ZnS:AgX射線發(fā)光材料，該納米粒子大部分呈無團(tuán)聚的近似球形顆粒，在水或酒精中分散良好。水熱處理的ZnS：Ag樣品激發(fā)光譜峰值在347nm，與水熱處理的前驅(qū)體溶膠相比，位于335nm和387nm的激發(fā)峰消失；監(jiān)控347nm激發(fā)，有490nm的藍(lán)綠色發(fā)射，同時(shí)在470nm和533nm處有兩個(gè)肩峰。光致發(fā)光和X射線發(fā)光強(qiáng)度有較大幅度的提高。第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日衍射峰的寬化和強(qiáng)烈的背底說明樣品為納米晶粒，在50℃沉淀的樣品比25℃和80℃沉淀的樣品有更寬的衍射蜂，說明在50℃沉淀的樣品粒度更細(xì)。透射電鏡顯示大多數(shù)粒子為近似球形。第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日稀土摻雜無機(jī)發(fā)光材料稀土元素的原子具有未充滿的受到外界屏蔽的4f5d電子組態(tài)，因此有豐富的電子能級和長壽命激發(fā)態(tài)，可以產(chǎn)生多種的輻射吸收的發(fā)射，構(gòu)成廣泛的發(fā)光和激發(fā)材料。稀土化合物的發(fā)光基于它們的4f電子在f-f組態(tài)之間或f-d組態(tài)之間的躍遷。具有未充滿的4f殼層的稀土原子或離子的發(fā)射從紫外光、可見光到紅外光區(qū)的各種波長的電磁輻射。稀土離子豐富的能級和4f電子躍遷性能，使稀土成為巨大的發(fā)光寶庫。第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日稀土摻雜的無機(jī)發(fā)光材料舉例一例：楊志平等用采用固法在較低溫度下合成了Eu激活的CasSiOC12高亮度藍(lán)白色發(fā)光材料。發(fā)現(xiàn)：改變Eu濃度，可以使樣品的發(fā)光在藍(lán)白色和綠白色之間變化。當(dāng)Eu濃度為0．005mol時(shí)，樣品呈現(xiàn)很亮的藍(lán)白色發(fā)光。。Ca~SiOC1：：Eu“可被InGaN管芯產(chǎn)生的近紫外輻射有效激發(fā)，是一種性能良好的白光LED用單一基質(zhì)藍(lán)白色熒光粉。第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日二例：李盼來等溶膠一凝膠法制備Sr2SiO：Eu3+發(fā)光材料，并研究了Sr2SiO：Eu3+材料在61