基于稀土离子Sm3+，Eu3+掺杂的钙镁硅酸盐(CaMgSiO4/Ca2MgSi2O7)荧光粉的发光性质研究及其白光LED应用

作     者：阿依努热木·吐尔逊 

作者单位：新疆师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：艾尔肯·斯地克

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：能量传递 硅酸盐发光材料 色纯度 LED 

摘      要：随着社会的发展,人们对光源的需求越来越高。从1879年爱迪生发明了白炽灯开始一直到2014年人们终于寻找了新的一种绿色新型光源,那就是白光LED(light-emitting diodes)。白光LED广泛应用于各种照明领域,如日常照明、农业种植和液晶显示器等。目前,商业制备的白光LED主要是通过蓝色LED芯片去激发黄色YAG:Ce荧光粉,实现白光发射。然而通过此方法集成的白光LED器件形成的光谱中缺少红光部分,导致做出来的LED器件显色指数差,色温高等问题。因此,为了改善传统白光LED缺少红光的缺陷,制备出高性能的红色荧光粉是非常有必要的。本文通过查阅大量的文献以及课题组前任工作的基础上,主要研究了稀土离子Sm,Eu掺杂的新型红色硅酸盐发光材料的制备、光致发光特性、能量传递机理、热稳定性以及白光LED上的应用。通过常用的高温固相法合成了两种系列的新型荧光粉材料:Ca Mg Si O:x%Sm,y%Li、CaMg SiO:x%Sm,y%Eu。荧光粉的颗粒形貌、晶体结构、稳/瞬态光谱、热稳定性、电荷补偿剂和能量传递对发光性能的影响等方面进行了分析。具体研究及结果如下:(1)以Sm为激活剂,Li为电荷补偿剂,成功地合成了Ca Mg Si O:2%Sm,y%Li(y=1,1.5,2,2.5)的橙红色硅酸盐荧光粉。物相分析结果表明,所制备的样品均为纯相,Sm、Li的掺入对荧光粉的晶体结构几乎没有影响。掺入电荷补偿剂以后Ca Mg Si O:x%Sm荧光粉的发光强度增强了2.3倍并且随着Li掺杂浓度的增加,荧光粉在601 nm处的发射峰积分面积从25%提高到了85%。样品的色坐标(0.605,0.394)红色区域附近,优化后的荧光粉色纯度是93.3%。当温度加升到150?C时,样品最强发射峰601 nm峰值强度保持在室温的73.5%,这结果表示该荧光粉的热稳定性较好。因此,优化后的样品在固态照明领域具有潜在的应用价值。(2)以Sm作为激活剂,Eu为敏化剂,成功地合成了Ca Mg Si O:2%Sm,x%Eu新型红色荧光粉材料。XRD结果表明,Sm、Eu掺入没有改变镁黄长石的晶体结构。在401 nm激发下,随着Eu掺杂浓度的增加,Sm的发光强度逐渐减弱,Eu的发光强度逐渐增强。另外,随着Eu浓度的增加,Sm的荧光寿命逐渐减少。这些现象确定了样品中存在从Sm到Eu的能量传递,能量传递效率是44%。能量传递临界距离为16.117?,浓度猝灭机理是电偶级-电偶级(d-d)相互作用。样品色坐标均位于在红光区(0.6319,0.3676),色纯度约为89.3%。当温度升到150?C时,荧光粉的积分强度保持在室温的87.8%,最强发射峰的峰值强度保持在室温的84.8%,这表明该荧光粉具有较好的热稳定性。使用此荧光粉制备出来的LED器件,呈暖白光,色温(CCT)为5553 K,显色指数(R)为84.8。以上结果证实了该镁黄长石硅酸盐荧光粉适用于白光LED三基色荧光粉中的红色成分,并在固体照明领域有潜在应用。