摘要: 白光LED(Light-emitting Diode)具有高效节能、低能耗、响应速度快、无污染等众多优点，其作为新一代照明光源，目前已在社会的各个领域得到了初步的应用。目前，制备白光LED的主要手段为紫外光激发红绿蓝三基色荧光粉，但其存在荧光粉化学稳定性不一... 展开 白光LED(Light-emitting Diode)具有高效节能、低能耗、响应速度快、无污染等众多优点，其作为新一代照明光源，目前已在社会的各个领域得到了初步的应用。目前，制备白光LED的主要手段为紫外光激发红绿蓝三基色荧光粉，但其存在荧光粉化学稳定性不一致、配比调控难和发光不均匀等缺点;另一种获得白光的手段为蓝光芯片激发黄光荧光粉，但由于缺乏红光发射，导致其显色性差、色温偏高(CCT约为7765K)。为了克服这些问题，单一基质即可发射白光的荧光粉成为了研究热点。Sr2CeO4由于其较稳定的物理化学性能，特别是本身就能发射强烈的蓝光，且激发峰和发射峰都是宽峰，适于用来掺杂稀土离子，是非常理想的基质材料。众所周知，Eu3+是红光性能非常优越的稀土离子，它与基质所发射的蓝光相配合，在适当掺杂的量下可以实现近白光的发射。因此，寻找合适的途径使荧光粉的色坐标接近标准白光，并对其发光强度进行增强，具有非常重要的研究意义。 本论文通过优化Eu3+在基质Sr2CeO4中的掺杂量来制备白光荧光粉，并提出从三种途径来提高其发光强度和色纯度: (1)采用同主族相邻的二价碱土金属离子部分取代Sr2+位，改变基质组成配方，优化激活离子所处的晶体场环境来提升Sr2CeO4∶Eu3+荧光粉的发光性能; (2)引入电荷补偿剂Li+、Na+、K+，对Eu3+不等价取代Sr2+进行电荷补偿，并增强(Sr，M)2CeO4∶Eu3+荧光粉的发光强度; (3)通过共掺Dy3+调节色坐标，对荧光粉的发射光谱进行调控，使其更接近标准白光。借助XRD、SEM、荧光光谱、紫外可见漫反射以及荧光寿命等表征测试手段，对(Sr,M)2CeO4∶Eu3+，Dy3+，X+(M=Ba/Ca，X=Li，Na，K)荧光粉样品的相组成、形貌和发光性能做了系统研究，并对其中的“基质到激活剂(Ce4+→Eu3+,Ce4+→Dy3+)的能量传递机制”、“浓度猝灭机理”等进行了探讨分析。 首先研究了Sr2CeO4荧光粉的相组成以及发光性能。采用高温固相法制备Sr2CeO4荧光粉，讨论不同煅烧温度，以及不同保温时长对荧光粉性能的影响，并通过XRD、SEM以及发光性能的测试与分析，确定了1000℃为最佳的煅烧温度，4h为最佳的保温时长;荧光光谱测试表明，在300 nm左右紫外光激发下，Sr2CeO4荧光粉可以发射出475 nm左右强烈的蓝光，Sr2CeO4自身发光原因为Ce-O电荷迁移发光;且其在对紫外光具有较强的吸收能力。研究了Eu3+掺杂量对Sr2CeO4∶Eu3+荧光粉相组成、结构以及发光性能等的影响，结果表明，随着Eu3+掺杂量的增加，荧光粉激发峰的形状和位置不变，但发射光谱中，位于475 nm处的发射峰逐渐减弱，而Eu3+的特征发射峰逐渐增强。存在Ce4+到Eu3+有效的能量传递，且随着Eu3+掺杂量的逐渐增加，能量传递效率随之增大。随着Eu3+掺杂量的增加，Sr2CeO4∶Eu3+荧光粉的色坐标由蓝光边缘区域转向近白光区域，再转向红光边缘区域，最优的荧光粉组成为Sr198CeO4∶0.02Eu3+，其CIE色坐标的值为(0.3221，0.3418)，与标准白光(0.3333，0.3333)很接近。同时，还探究了Sr1.98CeO4∶0.02Eu3+荧光粉的热稳定性和色温。 其次，在Sr198CeO4∶0.02Eu3+的基础上，研究了Ba2+或Ca2+部分取代Sr2+的(Sr，Ba/Ca)2CeO4∶Eu3+荧光粉，分别探讨Ba2+/Ca2+取代量对荧光粉性能的影响。通过研究得到，(Sr0.94 Ca005)2CeO4∶0.02Eu3+荧光粉具有较强的发光强度，此时荧光粉615nm发射峰强度提高了1.4倍，同时，色坐标由原来的近白光区域移向红光边缘区域。通过调整Eu3+的浓度来调节色坐标，并得到最佳的荧光粉组成为(Sr0944 Ca005)2CeO4∶0.012Eu3+，其CIE色坐标为(0.3225，0.3462)。在优化基质组成之后，引入了电荷补偿剂Li+、Na+、K+，分别探讨了电荷补偿方式和电荷补偿离子种类对荧光粉性能的影响。通过系统研究与对比分析表明，以化学计量方式引入Li+电荷补偿时，荧光粉发光强度最强，约为电荷补偿之前的2倍。Li+对Ce4+→Eu3+能量传递有明显的促进作用，另外Li+的掺入降低了晶体结构对称性，色坐标向红光方向发生了略微的偏移;通过调整Eu3+的浓度得到最佳的荧光粉组成为(Sr0.942Ca005)2CeO4∶0.008Eu3+,0.008Li+，其CIE色坐标为(0.3239，0.3457)，与标准白光非常接近。 最后，在优化基质组成和电荷补偿的基础上，提出通过共掺杂Dy3+对荧光粉的光谱颜色进行调控。先制备了Dy3+单掺Sr2CeO4荧光粉，研究了其发光性能，结果表明，当Dy3+掺杂量为0 mol和0.002 mol时，荧光粉的激发峰强度最强，且相差不大，当掺杂量为0.005 mol时，发光强度开始呈现下降趋势。借助紫外-可见漫反射光谱的测试与计算，阐明了随着Dy3+掺杂量的增加，Sr2CeO4∶Dy3+荧光粉发光强度下降的原因，Dy3+的浓度猝灭机制为电偶极-电偶极的交叉弛豫作用。借助荧光光谱、荧光寿命等测试手段，证实了Ce4+→Dy3+能量传递的存在。随着Dy3+掺杂量的增加，Sr2CeO4∶Dy3+荧光粉的Y/B值逐渐增大。Dy3+和Eu3+共掺的(Sr, Ca)2CeO4∶Eu3+，Dy3+，Li+荧光粉，发射光谱同时包含基质的发射峰、Eu3+的特征发射峰，以及若干Dy3+的特征发射峰，通过对比分析与研究得到，最佳荧光粉组成为(Sr0.934Ca005)2CeO4∶0.01Eu3+,0.006Dy3+，0.016Li+，该荧光粉的CIE色坐标为(0.3336，0.3343)，其与标准白光(0.3333，0.3333)几乎重合，表现出非常好的白光色纯度，且该荧光粉的色温为5646K，处于人眼最适宜的范围内。 通过优化Sr2CeO4∶Eu3+的基质组成，引入电荷补偿剂Li+，再在此基础上共掺Dy3+而获得的(Sr0.934 Ca0.05)2CeO4∶0.01Eu3+，0.006Dy3+，0.016Li+荧光粉是一种很有潜力的、适用于紫外光激发的LED用白光荧光粉。 收起