1、沈 阳 化 工 大 学本 科 毕 业 论 文题 目： 硅铝酸盐复合基质全色荧光粉的制备及发光性能研究 沈阳化工大学学士学位论文 摘 要I毕业设计（论文）任务书应用化学专业 0902 班 学生：李国庆毕业设计（论文）题目：硅铝酸盐复合基质全色荧光粉的制备及发光性能研究毕业设计（论文）内容：采用高温固相法制备 Eu2+、Mn 2+共激活的碱土铝硅酸盐荧光粉，考察基质组成及 Eu, Mn 掺杂量对荧光粉发光性能影响。通过 X-射线衍射测试荧光粉晶体结构。 毕业设计（论文）专题部分：1.分析 Ba1.3Ca0.7(AlxSi1-x)O4：Eu 2+晶体结构；2.研究 Eu2+在 Ba1.3Ca0.7(
2、AlxSi1-x)O4 基质中发光机理及Al3+在基质中的作用。起止时间： 2013 年 2 月- 2013 年 6 月指导教师： 签字 年 月 日教研主任： 签字 年 月 日学院院长： 签字 年 月 日沈阳化工大学学士学位论文 摘要I摘要本论文简要介绍了荧光粉及其常用的合成方法，并且介绍了稀土离子的发光机理。采用高温固相法在还原气氛中合成了Ba 1.3Ca0.65-xAl0.025Si0.975O4:0.02Eu2+,0.03Mn2+,xRe3+(Re=La、Gd、Dy 、Er)全色白光荧光粉。以Ba1.3Ca0.7Al0.025Si0.975O4作为基质材料，激活剂为稀土Eu 2+离子。研
3、究了化合物中的硅铝比、掺杂离子种类（单掺Eu 2+，共掺Eu 2+/Mn2+，共掺Eu 2+/Mn2+/Re3+）、Eu 2+和 Mn2+的含量以及Re 3+的种类和浓度对荧光粉发光性能的影响。采用荧光分光光度法测得样品的激发和发射光谱，用XRD对样品进行了晶体结构分析，通过PMS-50 型紫外可见近红外光谱分析系统测试其光色参数。通过对其进行性能测试，找出了合适的硅铝比以及Eu 2+、Mn 2+的掺杂量。通过测试样品的发射光谱及光色参数，发现掺杂Re(Re=La、 Gd、Dy、Er)稀土离子能够有效的提高Eu 2+的发光强度，但它们的发射光谱形状没有发生明显改变，通过对其光色参数及发射光谱的
4、对比，发现0.04的Gd 3+的敏化效果最好。对合成的样品进行了光色参数测定，从色度图可以看出，Ba 1.3Ca0.62Al0.025Si0.975O4:0.02Eu2+,0.03Mn2+,xRe3+(Re=La、Gd、Dy、Er )荧光粉发射410545nm的蓝绿光带 和570700nm 的红光带 ，这两个发射带能够组合成白光。荧光粉Ba 1.3Ca0.62Al0.025Si0.975O4:0.02Eu2+,0.03Mn2+,0.04Gd3+，7%BaCl22H2O的色坐标 CIE为(0.3203,0.3391),色温Tc=6060K,显色指数Ra=8沈阳化工大学学士学位论文 摘要II4.9
5、，属于日光色。关键词：荧光粉；高温固相法；稀土离子；光色参数沈阳化工大学学士学位论文 目 录1AbstractThis paper briefly introduces the phosphor and its synthesis methods, and introduces the mechanism of luminescence of rare earth ion. In reducing atmosphere by high temperature solid phase method synthesized Ba1.3Ca0.65-x Al0.025Si0.975O4: 0.02E
6、u2+, 0.03Mn2+,xRe3+(Re=La，Gd，Dy ， Er )full color white fluorescent powder. With Ba1.3 Ca0.7 Al0.025 Si0.975 O4 as matrix material, activating agent for rare earth Eu2 + ions. Compounds were studied in the silica alumina ratio, doping ion species (single doped Eu2 +, codoping Eu2 + / Mn2 +, codoping
7、Eu2 + Mn2 + / Re3 +), content of Eu2 + and Mn2 + and the type and concentration of Re3+ phosphor luminescence performance.Fluorescence spectrophotometric method is used to measured the excitation and emission spectra of the samples, the samples use XRD to the crystal structure analysis, through the
8、PMS - 50 type ultraviolet - visible to near infrared spectrum analysis system test the light color parameters.Through performance tests carried out, to find out the suitable silica alumina ratio as well as the amount of doped Eu2 +, Mn2 +. Through the emission spectrum of the test sample and color p
9、arameters, found that doping Re (Re = La, Gd, Dy, Er) ions can effectively improve the luminous intensity of Eu2 +, but their emission spectrum shape does not take place obvious change, based on the optical parameters and the emission spectrum of the contrast , found that the sensitization of 0.04 G
10、d3 + works best.The light color parameter determination of synthetic samples, as can be seen from the chromaticity diagram, Ba1.3 Ca0.65-x Al0.025 Si0.975 O4:0.02 Eu2 +,0.03 Mn2 + ，xRe 3 + (Re = La, Gd, Dy, Er) phosphor emission of 410 545 nm blue green belt and 570 700 nm red band, the two emission
11、 band can be combined into white light. Phosphors Ba1.3 Ca0.62 Al0.025 Si0.975 O4:0.02 Eu2 +, 0.03Mn2 +, 0.04 Gd3 +, CIE color coordinates (0.3203, 0.3203), the color 沈阳化工大学学士学位论文 目 录2temperature Tc = 6060 k, color rendering index Ra = 84.9, belong to light color.Key words: phosphor powder; High tem
12、perature solid phase method; Rare earth ions; Light color parameters沈阳化工大学学士学位论文 目 录1目 录第一章 引 言 .1第二章 文献综述 .32.1发光与发光材料 .32.1.1发光材料的定义 .32.1.2稀土发光材料 .32.2 荧光粉的发光机理 .42.2.1荧光粉的特点 .42.2.2 稀土发光机理 .52.2.3 基质和激活剂在发光中的作用机理 .62.2.4 稀土与过渡金属离子之间的能量传递和途径 .62.3荧光粉的制备 .72.3.1高温固相法 .72.3.2溶胶 凝胶法(Sol-Gel ) 12 .82
13、.3.3燃烧合成法 .92.3.4水热合成法 .92.4荧光粉的研究进展 .102.4.1 铝酸盐荧光粉 .102.4.2硅酸盐荧光粉 .112.4.3硅铝酸盐荧光粉 .132.5 论文的研究目地和内容 .14第三章 实验部分 .163.1 实验试剂和仪器 .163.2荧光粉的制备 .173.2.1 实验配比的计算 .173.2.2实验过程 .173.23性能表征 .18第四章 结果与讨论 .194.1晶相结构分析 .194.2 不同硅铝的比例对荧光粉 BCAS：Eu 2+发光性质的影响 .204.3 BCAS:Eu2+,Mn2+ 的能量传递 .214.4 Mn2+浓度对 BCAS:0.02E
14、u2+,xMn2+发光性质的影响 .224.5 Eu2+浓度对 BCAS:xEu2+,0.02Mn2+发光性质的影响 .244.6 BCAS:0.02Eu2+,0.03Mn2+,zRE3+白色荧光粉的发光性质 .264.6.1 BCAS:0.02Eu2+,0.03Mn2+,zRE3+白色荧光粉的光谱参数 .26沈阳化工大学学士学位论文 目 录24.6.2不同种类敏化剂对 BCAS:xEu2+,yMn2+白色荧光粉的发光性质的影响 .28第五章 结论 .31参考文献 .32致 谢 .35附录 .36附录 英文翻译 .36附录 英文原文 .43沈阳化工大学学士学位论文 第一章 引 言1第一章 引
15、言由于经济的增长、工业快速发展带来的环境恶化全球变暖等问题逐渐显现，目前世界各国都主张低碳生活保护环境，而照明光源等发光器件作为我们生活中息息相关的一部分，同样需要进行“低碳照明” 。传统的照明光源如白炽灯其发光效率和电光转换效率较低，消耗了大量的煤、石油等能源，产生了大量的 CO2 等有害气体，对环境照成了很大的污染。白光 LED 是一种新型的固体照明光源。它与传统的白炽灯和荧光灯相比，具有绿色环保、高效率低能耗、使用寿命长（万小时） 、体积小用途广、响应速度快安全性能高等诸多优点 1 。因此在照明和显示等领域有着广阔的应用前景。短短的几年来，白光 LED 的光通、光效和成本价格已取得举世瞩
16、目的成果 2,3。目前的光效已大大超过白炽灯泡，期望将来能达到和超过荧光灯。白光 LED 有望在今后发展成为第四代新照明光源，实现节能的绿色照明。目前白光主要是由 YAG：Ce 3+荧光粉发射的黄光与 LED 的蓝光混合而成 4，这种方式合成白光有以下缺点：（1）显色指数低；（2）蓝光和黄光来自不同的基体，色彩的时间稳定性不理想；（3）发光颜色依赖于荧光粉涂层厚度，这使得工艺变得复杂。另外，基于蓝光 LED 的光转化材料的吸收峰要求在 420470nm，能满足这一要求的荧光材料非常少。因此，采用近紫外光（380410nm）InGaN 管芯激发三基色荧光粉来实现白光成为目前国际上该领域研发的热点
17、之一。由于视觉对近紫外光的不敏感性，这类白光 LED 的颜色只由荧光粉决定，其颜色稳定、色彩还原性和显色指数高，被认为新一代白光 LED 照明的主导。近年来，对于荧光粉的制备研究吸引了越来越多的关注。参考之前的报道，发现铝酸盐体系荧光粉有着合成温度过高、光色不丰富等缺点，无法满足当代电子产品快速更新换代的需要。硅酸盐体系虽然原料价格低廉、易得、化学性质稳定，但是其发光性能较差，在实际应用中有很多问题需要解决。因此，研究新型的硅酸盐体系荧光粉具有很好的应用前景。碱土金属硅铝酸盐荧光粉结合了硅酸盐荧光粉和铝酸盐荧光粉的优势，以其优良的物理、化学性质，高效的光转化率、发光颜色范围广以及强度高、使用寿
18、命长等优点，必将在荧光粉领域占一席之地。本实验以碱土硅铝酸盐作为基质，稀土 Eu2+和过渡金属 Mn2+为激活离子，用高沈阳化工大学学士学位论文 第一章 引 言2温固相法合成白色 LED 用荧光粉。目前，对于激活离子在各种基质中发光性质的研究很多，本文是以稀土 Eu2+单激活引入蓝绿光，以 Eu2+-Mn2+共激活引入红光，两者混合得到白光。本毕业实验采用高温固相法制备碱土硅铝酸盐荧光粉，分析了Ba1.3Ca0.7（Al xSi1-x）O 4 的晶体结构，考察基质组成及 Eu2+，Mn 2+掺杂量对荧光粉发光性能的影响，确定最佳的 Eu2+，Mn 2+的掺杂量，研究铝硅配比的不同对基质晶格结构的影响以及铝离子在基质中的作用，讨论稀土离子在铝硅酸盐中的发光机理以及讨论了助熔剂种类，助熔剂 BaCl2 含量，煅烧温度及煅烧时间对荧光粉发光性能的影响，研究不同种类以及不同浓度的敏化剂对发光强度的影响，对铝硅酸盐荧光粉进行性质表征，测试了 XRD 图谱及光色参数。
