WLED用稀土离子掺杂颜色可调的YBO3发光材料的制备及性能研究

作     者：康硕 

作者单位：浙江理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王龙成

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0803[工学-光学工程] 

主      题：稀土硼酸盐荧光粉 水热法 能量转移 LED器件 

摘      要：过去的几十年,利用无机材料掺杂稀土离子制备的发光材料因具有独特的化学稳定性和发光特性,在LED照明、生物医学、太阳能电池、光学传感和高能激光武器等领域备受关注和研究。掺杂三价稀土离子制备的荧光粉有很多独特的优点,如在可见光区具有丰富的光谱线,狭窄的发光谱带,发光能量集中,较高的发光效率,同时具有较好的环境适应性。和其他无机基质材料相比,YBO具有化学稳定性高、成本低、易于合成和特殊的光学损伤阈值等优点,常被用作掺杂稀土离子活化剂的理想基质材料。虽然基于YBO掺杂各类稀土离子制备的荧光粉已经被广泛研究过,但是颜色可调的YBO基质共掺杂稀土离子的制备却鲜有报道。本文采用简单的水热法制备了基于YBO基质的三基色稀土离子荧光粉并探究其在白光LED中的应用。本论文采用水热法制备了YBO:x%Ce;YBO:1%Ce,x%Tb;YBO:1%Ce,x%Eu;YBO:3%Tb,x%Eu;YBO:1%Ce,3%Tb,x%Eu荧光粉,通过改变Ce,Tb,Eu的原子比调控荧光粉的发光颜色。通过PL、XRD和SEM等表征方法对荧光粉的发光性能、物相组成、表面形貌进行分析,同时制备了基于(In)Ga N紫外芯片的LED器件。实验结论如下:(1)过量硼酸(RE:HBO=1:4)制备的样品具有YBO六方晶相晶体结构,更规整的球形形貌,更好的结晶度和更强的发光强度。(2)YBO:x%Ce(x=0.5,1,2,3,4)荧光粉呈现出尺寸均匀、颗粒饱满的球形形貌,球形颗粒表面覆盖着少量片层状颗粒物。当x取值为1时,样品的结晶性能、发光强度、量子效率和荧光寿命为最高。(3)YBO:1%Ce,x%Tb(x=0,0.5,1,2,3)荧光粉是六方晶体结构。随着Tb掺杂量的增加,样品的结晶性能不断增加,表面形貌由片层状晶粒构成的饱满但不致密的球形颗粒物逐渐变为次级层片清晰可见、层级间隙小且堆积紧密的柿饼状。发光性能表明Ce,Tb之间存在能量转移。(4)YBO:1%Ce,x%Eu(x=0,0.5,1,2,3)荧光粉是六方晶体结构。随着Eu掺杂量的增加,样品的结晶性能呈先增大后减小的趋势,表面形貌由片层状晶粒构成的饱满但不致密的球形颗粒物转变为层级分明且致密的球状。发光性能表明Ce,Eu之间存在金属-金属间电荷转移。(5)YBO:3%Tb,x%Eu(x=0,0.5,1,2,3)荧光粉是六方晶体结构。随着Eu掺杂量的增加,样品的结晶性能不断增加。所有样品都是由饱满的球形颗粒物组成。发光性能表明Tb,Eu之间存在能量转移。(6)YBO:1%Ce,3%Tb,x%Eu(x=0,0.1,0.5,1,2,3)荧光粉属于六方晶相晶体结构,结晶性能良好。样品表面形貌随Eu的增加从尺寸不均匀的、次级片层结构较薄且空隙均匀的颗粒转变为次级片层分明、尺寸均匀、颗粒饱满的球状物。发光性能表明Ce,Tb和Eu之间存在能量转移。(7)Ln共掺YBO荧光粉能实现白光发射并可以应用于WLED中。