近紫外激发白光LED用硅酸盐发光材料的制备及性能研究

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相对于传统卤素灯,白炽灯等照明工具,白光LED具有高强度、长寿命、节能和环境友好等优点,因此白光LED已然成为新一代的照明光源。荧光粉是白光LED必不可少的成分,荧光粉的性能直接影响着白光LED的发光强度和效率。目前,硅酸盐发光材料由于其优异的物理化学稳定性以及廉价易得的优点而被广泛研究,许多蓝光发射的硅酸盐发光材料被发现和应用,但是黄光发射的硅酸盐发光材料的报道却相对较少。本文以硅酸盐为研究对象,通过结构衍生的方法开发探索新型黄光硅酸盐发光材料。具体实验结果如下:(1)通过高温固相法成功制备了Na2HfSiO5:Eu2+荧光粉,利用结构精修和光谱表征等方法系统研究了Na2HfSiO5的晶体结构以及Eu2+掺杂后的发光性能。Na2HfSiO5晶体是由SiO4四面体和HfO6八面体通过共用O2-构成结构框架,存在四种不同的Na+格位可以被Eu2+离子占据,多格位导致了不对称的宽带发射峰。通过光谱和衰减曲线的测试研究了Eu2+之间的能量传递的相互作用。用制备的黄光荧光粉和商用蓝粉,红粉以及近紫外芯片可以得到性能优异的LED器件。(2)结构衍生是探索新型荧光粉的一个重要手段,通过用Hf取代Na4Zr2Si3O12化合物的Zr,设计合成了新型Eu2+激活的黄光发光材料Na4Hf2Si3O12:Eu2+,这种同族替代的方法为我们制备新型荧光粉提供了思路。通过结构精修得知Na4Hf2Si3O12属于三方晶系,存在两种互异的Na+环境,通过激活剂Eu2+的引入,可以得到不对称且半峰宽为126 nm的黄光荧光粉。通过测试其热稳定性,发现其发光强度随温度线性变化,该荧光粉也可用于温度传感器。(3)在制备新型黄光硅酸盐材料时,制备得到了一种新型蓝光硅酸盐发光材料Na2HfSi2O7:Eu2+。目前,广为人知的商用蓝光荧光粉为BaMgAl10O17:Eu2+(BAM:Eu2+),但是BAM:Eu2+在近紫外区域的激发能力较差,不能与近紫外芯片(380420 nm)很好契合。而Na2HfSi2O7:Eu2+由于其较高的结构对称性和紧密的铪硅多环结构使其在250-450 nm区域都可以很好的被激发,两种差别不大的Na+格位也使得具有半峰宽为54 nm的窄带发射。基于Na2HfSi2O7:Eu2+,商用绿粉,商用红粉和近紫外芯片得到的LED器件具有较高的显色指数和较低的相关色温,证明它是一种白光LED用发光材料的候选者。
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