Eu3+掺杂钛酸盐红色LED材料 材料学专业.docx

Eu"掺杂钛酸盐红色LED材料【摘要】：白色发光二极管被誉为第四代照明光源，由于它具有使用寿命长、节能环保、显色效果好以及污染较小的特点，是一种新型的固态照明光源，近年来备受科研人员的广泛关注。现阶段较为普遍制作白光LED的方法是蓝色LED芯片激发黄色荧光粉，但是这种方法缺少了一定的红色成分，使得其显色指数和色温等光学性能参数不太理想。因此，寻找能够与白光LED相匹配的红色荧光粉显得尤为重要。本次毕业设计通过高温固相法合成制作得到NaY1-JiO.:XElr荧光粉，同时本论文也详细探究了样品的发光性能。在615nm发射波长监控下，该发光材料的激发峰位置处于362nm383nm、396nm、409nm以及465nm处，其分别对应RTD八R5G2、7凡516、RT5口3和7r一5灰跃迁。该发光材料在受到396nm波长辐照时，掺杂不同浓度Eu”样品都有3个明显发射峰，其位置位于59Onn1、615nm和702nm处。通过XRD衍射仪测试掺杂入各种Ei?'浓度的发光材料的物相结构，发现掺入不同E屋浓度后没有改变基质的晶体结构。通过测量Eu*浓度与发光强度的关系，可知，当E心掺杂的量增加时，荧光材料的发光强度是先变强后变弱，掺入浓度为10%时样品的发光强度最大。经研究表明NaYTiOl:E系列发光材料与LED芯片匹配，其在白光LED中的应用很有研究价值。【关键词】：错离子，钛酸盐，高温固相法，发光材料Eu3+-dopedredtitanatematerialsforLEDAbstract：Whitelight-emittingdiodeisknownasthefourth-generationlightingsource.Becauseofitslongservicelife,energysavingandenvironmentalprotection,goodcolorrenderingeffectandlowpollution,itisanewtypeofsolid-statelightingsource,whichhasbeenwidelyusedbyresearchersinrecentyears.Atpresent,themethodformakingwhiteLEDsismorecommon.TheblueLEDchipexcitestheyellowphosphor,butthismethodlacksacertainredcomponent,whichmakestheopticalperformanceparameterssuchascolorrenderingindexandcolortemperaturelessthanideal.Therefore,itisparticularlyimportanttofindredphosphorsthatmatchthewhiteLEDs.ThegraduationdesignwassynthesizedbyhightemperaturesolidphasemethodtoobtainNaY-xTi4ixEu3+phosphor.Atthesametime,theluminescencepropertiesofthesamplewerealsostudiedindetail.Underthemonitoringoftheemissionwavelengthof615nm,theexcitationpeakpositionsoftheluminescentmaterialsareat362nm,383nm,396nm,409nmand465nm,whichcorrespondto7Fo5D4,7F05G2,7F05L6,7F05D3and7Fo5D2transition.Whenirradiatedby396nmwavelength,theluminescentmaterialhasthreedistinctemissionpeakswithdifferentconcentrationsofEu3+,anditspositionsarelocatedat590nm,615nmand702nm.ThephasestructureoftheluminescentmaterialsdopedwithvariousEu3+concentrationswastestedbyXRDdiffractometry,anditwasfoundthatthecrystalstructureofthematrixwasnotchangedaftertheconcentrationofdifferentEu3+wasincorporated.BymeasuringtherelationshipbetweenEu3+concentrationandluminescenceintensity,itcanbeseenthatwhentheamountofEu3+dopingincreases,theluminescenceintensityofthefluorescentmaterialbecomesstrongerfirstandthenbecomesweaker,andtheluminescenceintensityofthesampleisthelargestwhentheconcentrationis10%.TheresearchshowsthattheNaYTiO4：Eu*seriesofluminescentmaterialsarematchedwithLEDchips,anditsapplicationinwhiteLEDsisofgreatresearchvalue.Keywords：Eu3+,titanate,hightemperaturesolidphasemethod,luminescentmaterials目录L绪论11.1 课题背景11.2 白色发光二极管(WLED)概述11.2.1 白光LED实现方式11.2.2 白光LED存在的问题21.3 发光材料概述21.3.1 发光材料的原理及分类31.3.2 发光材料的特性31.4 发光材料的合成41.5 Eu"的光谱特征61.6 钛酸盐基质荧光粉研究进展62 .试验方案72.1 实验原材料72.2 实验仪器及设备72.3 实验内容及配料计算82.4 实验样品的制备过程92.5 样品的表征9251样品的物相分析9252样品的荧光光谱分析102.5.1 样品的透射光谱分析102.5.2 样品的色度坐标和色温分析103 .结果与分析113.1 NaYTiO4：Eu”荧光材料的物相分析113.2 NaYTiO4：Eu"荧光材料的激发光谱123.3 NaYTiO4:Eu"荧光材料的发射光谱133.4 NaYTiO4:Eu”荧光材料的透射光谱143.5 NaYTiO4:Eu"荧光材料的发光性能与Eu3-的浓度关系153.6 NaYTiO4:Eu”荧光材料的色坐标16致谢错误味定义书签。参考文献18L绪论1.1 课题背景从远古刀耕火种时期到现代，人类都恐惧黑暗喜爱光明，从未放慢对照明方式的研究进程。从无意见证雷击木的燃烧到有意的钻木取火，再到蜡烛煤油灯的使用，光源的进程成为社会进步的缩影。1879年，白炽灯由美国爱迪生研制发明，使人类的有效生活时间大大延长，对推动了人类文明进程有积极的意义。时代在进步，环保和能源问题成为现阶段工业发展的主题，而白炽灯由于其使用寿命低，光效低等缺点，逐步退出了历史的舞台。之后又出现了低压钠灯、荧光灯、节能灯等各种灯具，它们各具优缺点。1962年，应运而出的半导体二极管由于其体积小，安全可靠，寿命长，环保节能等特点而逐步走进了千家万户，开启了照明的新时代。在能源与环保的时代主题下，LED的发展受到多方面的关注。在21世纪初，我国规划了未来LED发展的蓝图，LED产业化进程飞速发展。与此同时，LED用荧光材料也加大了研究投入，专项LED发光材料的发展进入了崭新阶段。而未来的主流灯具必将是光效高，寿命长，体积小，节能环保等多重优势的LED灯。1.2 白色发光二极管(WLED)概述白色发光二极管一般是由LED芯片和涂敷在上的荧光粉组成的。白光LED具有体积小，耗电低，节能环保，不易老化，显色性好，色温可调节等优点，相比传统光源具有很大的改进，可运用于现实生活中多种领域，白光LED像曾经白炽灯一样，引发了照明技术的革命，因此也被称为第四代照明光源。1.2.1 白光LED实现方式目前，利用LED技术实现白光的方法主要有三种(1)三基色LED芯片直接混色法：直接将发射红、绿、蓝波长的三基色芯片组合封装在一起，按照适当的比例进行匹配，形成多芯片型白光LED。这种方法可以简单调节色温和显色性，但成本太高，电路复杂。(2)紫外转换法：以GaN基近紫外LED芯片为基础光源，用LED发出的紫外光(390400nm)激发荧光材料，通过荧光粉实现波长转换，发出红、绿、蓝三基色光混合成白光;这种方法紫外光本身不参与白光,颜色控制比蓝光更为简单，但荧光粉的效率会随激发光源的能量增大而减小。(3)蓝光LED激发黄色荧光粉法：利用波长为460470nm的GaN基蓝光LED芯片作为基础光源，在其外层涂敷一层黄色荧光粉(YAGrCe),其发出的蓝光一部分用来激发荧光粉，使荧光粉发出黄绿色光，另一部分透过荧光粉发射出来，黄绿色光与蓝光混合形成白光。这种方法是市场上较为主流的方法，其组合方式简单，成本较低，但显色性差，缺少一个红色组成成分。1.2.2 白光LED存在的问题目前，发光二极管的光谱并不完善。如蓝光激发型白色发光二极管，LED工作器件温度和使用时间的增加极大影响了芯片的发射波长，进一步影响了蓝光和黄光的叠加效果，导致色漂移。而要弥补显色方面的缺陷，可增加可以被蓝光、紫外、近紫外激发光源的高效红色荧光粉。并且近些年来所使用的近紫外LED用荧光粉与LED芯片并不能很好匹配，能匹配的荧光粉其化学性质也不足够稳定O1.3 发光材料概述发光材料是指能够以某种方式吸收能量，将其转换成光辐射(非平衡辐射)的物质。发光材料主要是由基质、激活剂所组成，此外可能还有助溶剂、敏化剂等。发光材料的基质主要有：氧化物及某些多元复合体系，如Y2O3、Gd203>YsAUO12等；含氧酸盐如硅酸盐、钛酸盐、鸨酸盐、硼酸盐等.激活剂是指在基质中掺杂的少量或微量具有一定光学活性的杂质，可以在很大程度上影响决定发光的颜色、强度和其他光学性能。激活剂离子也成为发光中心离子，它的电子跃迁是导致发光的主要因素。绝大部分激活剂离子都是金属，较为典型的是过渡金属、稀土金属，也有少数是重金属。敏化剂的作用是从外界吸收激发能量，再将激发能量传递给激活剂，产生荧光现象。发光材料的组成通式一般可表示为：（基质分子式：激活剂离子，敏化剂离子）。1.3.1 发光材料的原理及分类稀土发光材料的发光是基于他们的4f电子在f-f组态内或f-d组态间的跃迁。发光材料从外界吸收能量，并将吸收的能量转移给稀土离子，促使电子受到激发，从基态（稳定态）跃迁到激发态（非稳定态），然后发射出光子，从激发态回到基态，其发光过程是一个物理变化过程。稀土离子丰富的能级及特殊的电子层结构，使得稀土成为巨大的宝库，从中可以研究出许多新型的发光材料发光材料一般有三种形态：粉末、单晶以及薄膜。粉末无机材料是最早研窕应用的一类，日常生活中的日光灯、电视的显像管等都会用到荧光粉末。单晶主要应用在半导体激光管和射线探测器件中。薄膜的制备方法繁琐要求较高，技术上还有待突破。发光材料的发光类型多种多样，主要