新型稀土摻雜AlON多形體熒光粉的制備及性質研究

環(huán)保問題已經成為世界關注的焦點，關系到人類社會的發(fā)展和延續(xù)，特別在世界人口第一大國，形式尤為嚴峻，2013年至2016年發(fā)生的大面積霧霾事件就已經為我們敲響了警鐘。而環(huán)保與能源消耗密切相關，這其中，房屋和商業(yè)照明的能源消耗占整體能源消耗的比例約為15%-35%左右。因此，開發(fā)高效環(huán)保的照明技術也是節(jié)能減排的一個很重要的方面。LED照明被稱作第三代照明技術，具有很多優(yōu)點：節(jié)能、環(huán)保、壽命長等，逐漸走進我們的生活中。現階段主流是單個LED上芯片涂覆可匹配的熒光粉的白光實現方式。因此，熒光粉在白光LED中起著舉足輕重的作用，其發(fā)光效率、發(fā)光性質和穩(wěn)定性直接決定著LED器件的性能。氧氮化物就以其優(yōu)異的發(fā)光性能、物理和化學穩(wěn)定性吸引全世界研究人員的廣泛注意，新的白光LED用氧氮化物熒光粉逐漸被開發(fā)出來，其在顯色性和熱穩(wěn)定性方面擁有很大的優(yōu)勢，逐漸成為光轉換材料的研究熱點。本課題針對新型的稀土摻雜AlON基質材料（AlN-Al2O3）作為研究對象，從中探索、發(fā)現新型高效、穩(wěn)定的氧氮化物熒光粉。采用高能球磨法，在較低的合成溫度下合成了稀土摻雜的AlON基熒光粉，并對其光學性質和結構進行了詳細研究。結果表明，在紫外光激發(fā)下，此系列熒光粉發(fā)出強烈的藍色光，發(fā)光波長在470nm左右。而且熒光粉具有良好的熱穩(wěn)定性，可以作為LED器件或者真空紫外器件中的藍色光轉換材料。并提出了通過能帶、晶體結構、表面的修飾，改善發(fā)光效率，對提高其他熒光粉的發(fā)光效率具有借鑒意義。

氧氮化物熒光粉具有優(yōu)良的物理和化學穩(wěn)定性，是白光LED照明中理想的光轉換材料。Al2O3-AlN二元體系中含有大量的AlON多形體,而基于這些多形體的熒光材料還未被報道,因此,可望從中發(fā)現新型高效、穩(wěn)定的氧氮化物熒光粉。本項目針對傳統(tǒng)高溫固相法所具有的合成溫度高、產物相不純等缺點，通過特殊的制備方法-高能球磨法在較低的合成溫度下制備出一系列稀土摻雜的AlON多形體熒光粉，研究他們的發(fā)光和結構性質，優(yōu)化高能球磨參數、燒結溫度、保溫時間、稀土摻雜濃度以及退火工藝。通過分析XRD, PL, EDS、TEM、XAFS等結果，揭示稀土離子在基質中的價態(tài)信息和配位環(huán)境，并結合第一性原理理論計算進行進一步驗證。上述結構信息為進一步提高發(fā)光性能提供理論指導。把所得熒光粉涂覆在匹配的LED芯片上，考察熒光粉的實際應用效果。本項目通過實驗和理論計算相結合，最終獲得基于新型基質的性質優(yōu)異的氧氮化物熒光粉。

利用化學法制備新型摻雜稀土納米發(fā)光材料及對熒光粉表面的修飾，包覆抗紫外線照射的化合物。探討樣品的合成機理，研究化學組成與樣品結構性能的內在關系。利用光譜實驗研究樣品的光學性能，如：納米晶的激發(fā)、輻射和無輻射過程中，摻雜離子的特征發(fā)光性能和發(fā)光效率；納米晶本征電子激發(fā)態(tài)與摻雜離子電子態(tài)的相互作用；影響摻雜離子激發(fā)態(tài)壽命的各種機制；納米晶的顆粒大小對這些相互作用的影響。開發(fā)新型的發(fā)光材料。