用于近紫外LED的A3MgSi2O8：Eu2+，Mn2+（A＝Ca，Sr，Ba）荧光体的制备及光谱调控研究

论文摘要

本学位论文讨论了近紫外LED用荧光粉A3MgSi2O8 （A=Ca, Sr, Ba） : Eu2+, Mn2+的制备、晶体微结构、光谱特征及其在高显色指数WLED和植物生长固态光源方面的应用。具体而言,论文有如下四个方面的创新:1.发现并论证了“单基质全谱荧光粉”Ba3MgSi2O8: Eu2+, Mn2+中505nm绿峰源自于中间相Ba2SiO4: Eu2+的本征发射。Ba2SiO4的产生被归因为高温煅烧下化学反应的热动力学平衡趋势。通过添加助熔剂NH4Cl有效地抑制了Ba2SiO4中间相的产生,并提高了目标相Ba3MgSi2O8的结晶程度。结论被推广到Ba3MgSi2O8: Eu2+和A3MgSi-2O8: Eu2+, Mn2+ （A=Sr, Ca）。2.发现了喷雾热解法制备Ba3MgSi2O8: Eu2+, Mn2+样品的流明增强效应。改变喷雾干燥的温度对荧光粉颗粒的大小没有影响,却对发光强度有影响。喷雾热解法的流明增强效应被归结于结晶度的提高、样品良好的紫外光吸收性质和光线导出效率。3.在T. Aitasalo等给出的Ba3MgSi2O8: Eu2+, Mn2+晶体结构模型基础上,利用Van Uitert经验公式计算得到了Eu2+在不同Ba2+格位上的电子跃迁能量,其结果和实验数据拟合分峰的结果较好地符合了。然而,Merwinite结构却被证明不适用于Ba3MgSi2O8。此外,Mn2+所处格位被证明是Ba2+格位,且BaII格位被取代的几率更大。4.提出了BaxSryCazMgSi2O8: Eu2+, Mn2+（x+y+z=3）在两种功能固态光源方面的应用:一个是植物生长的功能固态光源;另一个是高显色指数白光的功能固态光源。共振能量传递现象普遍存在于BaxSryCazMgSi2O8: Eu2+, Mn2+（x+y+z=3）中。以Ba3MgSi2O8: 0.02Eu2+, xMn2+为例,考察了Mn2+掺杂量的变化对发射谱及Eu2+和Mn2+之间能量传递的影响。能量传递的作用类型被证明是偶极-偶极相互作用。论证了Ba3MgSi2O8: 0.02Eu2+, 0.2Mn2+和Ba0.8Sr1.2SiO4:0.02Eu2+混粉实现高显色指数白光的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 半导体态固光源
• 1.1.1 无机LED 固态光源
• 1.1.2 有机OLED 固态光源
• 1.2 近紫外LED 芯片激发的WLED
• 1.3 本论文的研究内容
• 第二章 理论分析
• 2.1 WLED 的光度学和色度学理论基础
• 2.1.1 光度学基本概念
• 2.1.2 色度学基本概念
• 3+的配色原理'>2.1.3 蓝光芯片和YAG: Ce³⁺的配色原理
• 2+和过渡金属离子MN²⁺在晶体场中的光谱性质'>2.2 稀土EU²⁺和过渡金属离子MN²⁺在晶体场中的光谱性质
• 2.3 荧光粉的光致发光性质
• 第三章 实验部分
• 3.1 高温固相方法制备
• 3.2 喷雾热解方法制备
• 3.3 表征方法
• 3MGSI₂O₈ 高温成相机理的讨论'>第四章 A₃MGSI₂O₈高温成相机理的讨论
• 3MGSI₂O₈ 的热力学和相图'>4.1 A₃MGSI₂O₈的热力学和相图
• 3MgSi₂O₈的TG-DTA 分析'>4.1.1 基质Ba₃MgSi₂O₈的TG-DTA 分析
• 4.1.2 CaO-MgO-SiO 体系的相图
• 2SIO₄ 中间相的发现及其产生原因的探讨'>4.2 A₂SIO₄中间相的发现及其产生原因的探讨
• 3MgSi₂O₈: Eu²⁺, Mn²⁺'>4.2.1 “单基质全谱荧光粉”Ba₃MgSi₂O₈: Eu²⁺, Mn²⁺
• 2SiO₄：Eu²⁺ 中间相的发现及其产生机理的探讨'>4.2.2 Ba₂SiO₄：Eu²⁺中间相的发现及其产生机理的探讨
• 4Cl 对Ba₂SiO₄：Eu²⁺ 中间相的抑制作用'>4.2.3 助熔剂NH₄Cl 对Ba₂SiO₄：Eu²⁺中间相的抑制作用
• 4.2.4 结论的推广
• 3MGSi₂O₈ 成相的影响'>4.3 助熔剂对A₃MGSi₂O₈成相的影响
• 4.4 小结
• 第五章 喷雾热解制备方法的荧光增强效应
• 5.1 喷雾热解荧光增强效应
• 5.2 喷雾热解过程的优化
• 5.2.1 干燥温度对发光强度的影响
• 5.2.2 干燥温度对颗形貌的影响
• 5.3 荧光增强效应的机理讨论
• 5.3.1 结晶效果
• 5.3.2 光学传递性质
• 5.4 小结
• 3MGSI₂O₈ 晶体微结构与光致发光的机理讨论'>第六章 A₃MGSI₂O₈晶体微结构与光致发光的机理讨论
• 3MGSI₂O₈ 的晶体学特征和微结构'>6.1 A₃MGSI₂O₈的晶体学特征和微结构
• 6.1.1 Merwinite 晶体结构
• 3MgSi₂O₈: Eu²⁺, Mn²⁺晶体结构'>6.1.2 最新的Ba₃MgSi₂O₈: Eu²⁺, Mn²⁺晶体结构
• 3MGSi₂O₈: EU²⁺, MN²⁺ 的光谱解析'>6.2 BA₃MGSi₂O₈: EU²⁺, MN²⁺的光谱解析
• 2+ 发光的解析'>6.2.1 Van Uitert 公式对Eu²⁺发光的解析
• 2+ 占据格位的分析'>6.2.2 Mn²⁺占据格位的分析
• 6.3 小结
• 3MGSI₂O₈：EU²⁺, MN²⁺ 在功能固态光源方面的应用'>第七章 A₃MGSI₂O₈：EU²⁺, MN²⁺在功能固态光源方面的应用
• 7.1 促进植物生长的功能固态光源
• 3MgSi₂O₈ : Eu²⁺, Mn²⁺ （A=Ca, Sr, Ba）的光谱特征和能量传递'>7.1.1 A₃MgSi₂O₈ : Eu²⁺, Mn²⁺ （A=Ca, Sr, Ba）的光谱特征和能量传递
• 3MgSi₂O₈ : Eu²⁺, Mn²⁺的光谱特征和共振能量传递'>7.1.2 Ba₃MgSi₂O₈ : Eu²⁺, Mn²⁺的光谱特征和共振能量传递
• 7.1.3 普遍的共振能量传递现象
• 7.2 高显色指数白光固态光源和可见日光全谱光源
• 7.3 器件封装的尝试
• 7.4 小结
• 第八章 总结
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢