白光LED用非稀土红色荧光材料SrAl12O19:Mn4+的研究

作     者：辛小东 

作者单位：内蒙古大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李文先;荆西平

授予年度：2014年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 

主      题：W-LED 红色荧光材料 Mn4+ 荧光强度 

摘      要：以往商品化的灯用荧光材料是为适用于低压汞灯(254nm激发)和高压汞灯(365nm激发)而开发的。适合于紫外发光二极管(UV-LED,发光波长365nm～400nm)和蓝光发光二级管(B-LED,发光波长460nm)激发荧光材料较少,特别是适合于各类LED激发的红色荧光材料更为缺乏,从而制约了半导体照明技术的发展。本文的研究目的是寻找和优化适合于各类LED激发的新型非稀土红色荧光材料。通过筛选本文确定SrAI12O19:Mn4+红色荧光材料为研究对象,利用高温固相反应方法制备了掺杂体系SrAl11.99-xMxO19:0.01Mn4+(M:Mg2+, Zn2+,Ge4+,x=0.00-0.12),和取代体系SrAl11.91(1-y)Ga11.91yO19:0.01Mn4+(y:0.0-1.0)及Sr1-zMzAl12O19:0.01Mn4+(M=Ca2+,Ba2+;z=0.***.1.0)的系列样品,利用X-射线衍射表征了合成样品的物相,利用荧光光谱研究了材料的荧光性能。主要研究结果如下： (1)在掺杂体系SrAl11.99-xMx019:0.01Mn4+(M=Mg2+,Zn2+,Ge4+)中,Mg2+和Zn2+掺杂可使材料的红色荧光(λEM=658nm,2E→4A2跃迁)的发射强度提高约60%。对于Mg2+掺杂的体系,Mg2+含量x=0.08时,材料的发光强度达到最大;而对于Zn2+掺杂的体系,Zn2+的最佳含量为x=0.06。Ge4+的掺杂使材料的发光性能下降。电子顺磁共振谱(EPR)的测试表明Mg2+和Zn2+对Mn4+的掺杂起到了电荷补偿的作用：MO+MnO2(?)MAl+MnAl+3oOX(M=Mg,Zn). (2)Ga3+取代A13+的体系SrAl11.91(1-y)Ga11.91yO19:0.01Mn4+可以形成完全互溶的固溶体。少量取代可使材料的荧光提高约13%(y=0.0008);大量的取代使材料的荧光强度下降。 (3)Ca2+和Ba2+取代Sr2+的体系Sr1-zMzAl12O19:0.01Mn4+(M=Ca2+or Ba2+)形成有限固溶体。在Ca2+取代的体系中固溶体区间为z=0.0-0.8和z=0.9-1.0;在Ba2+取代的体系中固溶体区间为z=0.0-0.1和z=0.8-1.0。随着Ca2+的加入量的增加,材料的发光亮度持续增加,当z=1.0时达到最大;而Ba2+的加入使得材料的发光亮度明显下降。 研究表明,经优化的SrAl12O19:Mn4+荧光材料可以作为红色发光组分用于白光发光二极管(W-LED)中,用于调整其色温和提高其显色指数。