亚微米级Y3Al5O12 Ce3+荧光粉的共沉淀法合成、表征及光致发光
YAGCe3+荧光粉的高温固相合成及发光性能
YAG:Ce3+荧光粉的高温固相合成及发光性能摘要主要介绍了YAG：Ce3+荧光粉制备技术的现状，叙述了目前制备中用的较多溶胶-凝胶法、沉淀法、燃烧法、固相法等几种方法的进展，并进行优缺点的比较。
并采用高温固相法合成Y3-x Al5O12:xCe3+（x=0.05~0.9）荧光粉,研究了Ce3+浓度、助燃剂、灼烧温度、灼烧时间等对样品发光性能的影响。
结果表明，以Al(OH)3为原料，采用氟化物助熔剂可以获得颗粒细小均匀的荧光粉，最佳掺杂Ce3+的浓度及烧结温度分别为2%和1400℃；此外，发射波长有红移现象，此更符合现代固态照明对色度的需要，研究结果对荧光粉的生产具有一定意义。
关键词：YAG：Ce3+；荧光粉；制备；高温固相合成法；LEDHigh-temperature Solid State Reaction Method and Characterization of YAG：Ce3+ PhosphorAbstractThe progress of preparation for YAG：Ce3+ phosphor is summarized systemically. Several prevalent methods used for production of YAG：Ce3+phosphor, such as sol-gel method, precipitation method, solid-state method and combustion synthesis are introduced in detail and their advantages and disadvantages are pointed out. The Y3-x Al5O12:xCe3+（x=0.05~0.9）phosphor was synthesized by high-temperature solid state reaction method. The influence of Ce3+ contents, various fluoride fluxing agents, sintering temperature and sintering time on the luminescence properties of the samples were investigated. The results indicated that phosphor sample with uniform particle size were obtained with as the starting material and some fluorides fluxing agents. Furthermore, the optimal concentration of Ce3+ and the optimal sintering temperature were found to be 2% and 1400℃, respectively. In addition, the emission wavelength shifted to the red direction, which would meet the solid-state white lighting requirements of chromaticity. The results are significant to the production of phosphors.Key words: YAG：Ce3+；phosphors；preparation；high-temperature solid state reaction method；LED目录1 引言 (1)2 YAG：Ce3+荧光粉的制备方法 (2)2.1 高温固相法 (2)2.2溶胶-凝胶法 (3)2.3沉淀法 (3)2.4燃烧法 (3)3 各种制备方法的优缺点对比 (4)4 结果与讨论 (5)4.1 Ce3+掺杂量对样品发光性能的影响 (5)4.2 灼烧温度和时间对样品发光性能的影响 (5)4.3 结论 (6)5 白光用YAG：Ce3+荧光粉展望 (7)参考文献1 引言1964年Geusic等发现了钇铝石榴石（Yttrium aluminum garnet，Y3A15O12，YAG）晶,其特殊的激光光学性质引起了科学家们的广泛兴趣。
YAG粉体制造论文
YAG粉体的合成与表征郑久松无机113班119024505一．综述1.YAG的基本性质1.1YAG简介钇铝石榴石(Y3AI5O12, YAG)空间群为O h10-Ia3d，属立方晶系，其晶格常数为1.2002nm，它的分子式结构又可写成：L3B2(AO4)3，其中L，A，B分别代表三种格位。
在单位晶胞中有8个Y3Al5O12分子。
一共有24个钇离子，40个铝离子，96个氧离子。
其中每个钇离子各处于由8个氧离子配位的十二面体的L格位，16个铝离子各处于由6个氧离子配位的八面体的B格位，另外24个铝离子各处于由4个氧离子配位的四面体的A格位。
八面体的铝离子形成体心立方结构，四面体的铝离子和十二面体的钇离子处于立方体的面等分线上，八面体和四面体都是变形的，其结构模型见图1。
石榴石的晶胞可看作是十二面体、八面体和四面体的连接网。
1.2YAG陶瓷材料发展历史YAG 透明陶瓷的研究始于20 世纪80 年代。
1984 年，G.De With 等首次报道了透明YAG 陶瓷的制备工艺。
采用固相合成法合成YAG 粉料，以0.05~0.15%SiO2或MgO 作为添加剂，经等静压成型后在1700～1800℃条件下真空烧结保温4h 制备出相对密度近100％的透明YAG 陶瓷。
1990 年，M.Sekita 报道了利用尿素共沉淀法制备Nd:YAG 粉体，等静压成型后于1700℃真空烧结3h，得到部分光学性能几乎与Nd:YAG 单晶相同的Nd:YAG 陶瓷，但是光的背底吸收较高，其透光率为70％左右。
1995 年，日本Ikesue 等采用高温固相反应方法首次制备出了高度透明的Nd:YAG 陶瓷。
对其折射率、热导率、硬度等物理特性的测量结果表明，Nd:YAG 透明陶瓷与Nd:YAG 单晶类似。
同时研制出世界上第一台能与Nd:YAG 单晶激光器相媲美的透明Nd:YAG 陶瓷激光器，用输出功率为600mW、输出波长为808nm 的激光二极管，采用端面泵浦技术，泵浦Nd3+浓度和单晶YAG 相当的YAG 陶瓷，结果表明，透明Nd:YAG 陶瓷的激光阈值仅比单晶稍高，斜率效率达到28%，激光最大输出功率为70mW。
荧光粉种类优劣
全面解析：现阶段白光LED荧光粉技术∙LED照明商用化的快速发展，预计将会加大白光LED荧光粉的市场需求，在各界持续投入荧光粉的研发能量之下，目前已发展出的三大主流白光LED荧光粉，将可望因应不同应用，满足对于性能的多样性与严苛度的要求。
为控制全球温室气体排放，节约地球有限的能源资源，近年来各国制定能源政策同时，无不竞相提出“节能减碳”计划，其中白炽灯已为澳洲、欧盟以及美国加州等陆续宣布淘汰的照明设施。
发光二极管(LED)具有发热量低、耗电量小、寿命长、反应速度快、以及体积小等优点，目前全球白光LED照明产业持续蓬勃发展，尤其在手机面板背光源、照明以及汽车产业的应用更有无穷潜力。
近年来，国内外多家面板厂商已将白光LED导入作为笔记本电脑液晶显示器背光源，取代使用汞的传统冷阴极荧光灯管。
从解决环保及能源问题观点而言，白炽灯泡向来存在低能源效率与发热问题；至于含汞荧光灯，则存在汞污染的缺点，为此LED照明无疑将成为全球照明大厂全力以赴的目标。
虽然白光LED使用于民生照明还存在诸多问题亟待解决，然可预见的将来，在制造成本逐渐降低、照明应用领域陆续开发之下，未来10年内，白光LED预期将成为极具潜力的照明商品。
自1993年日本日亚化学成功开发出全球第一个商业化以氮化铟镓(InGaN)为材质的蓝、紫光LED之后，更加速以白光LED作为照明新世代的来临。
日亚化学更在1996年发表InGaN/Y3Al5O12：Ce3+(简称YAG：Ce)荧光粉的单芯片白光LED，自此全球热烈展开白光LED相关技术研发的竞逐。
日亚化学已在2007年内量产发光效率达每瓦150流明的白光LED，该公司同时表示第一阶段将先量产顺向电流20毫安的产品，此项LED发光效率堪称目前全球业界最高纪录。
目前市场上白光LED生产技术主要分为两大主流第一为利用荧光粉将蓝光LED或紫外UV-LED所产生的蓝光或紫外光分别转换为双波长(D ic hromatic)或三波长(Trichromatic)白光，此项技术称之为荧光粉转换白光LED(Phosphor Converted-LED)；第二类则为多芯片型白光LED，经由组合两种(或以上)不同色光的LED组合以形成白光，目前市场上白光LED商品以蓝光LED芯片搭配黄光荧光粉最为普遍，主要应用于汽车照明与手机面板等领域，以目前白光LED产品市场分析，荧光粉转换白光LED可谓主流。
实验5Y3Al5O12Ce3荧光粉的合成
实验5：Y3Al5O12:Ce3 +荧光粉的合成1 实验目的1．了解无机荧光材料相关知识。
2．掌握共沉淀法合成稀土发光材料的方法。
2 实验原理1.发光原理当某种物质受到诸如光、外加电场或者电子束轰击等激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。
在这个过程中，一部分多余的能量会通过热或者光的形式释放出来。
如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称这种现象为发光。
各种发光现象可按被激发方式的不同分为如下几类：光致发光、电致发光、阴极射线发光、X射线及高能粒子发光、化学发光、生物发光等。
光致发光(photoluminescence)主要是利用光(紫外或者真空紫外波段)激发发光体引起的发光现象。
它大致经过吸收、能量传递及光发射三个阶段。
光的吸收和发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。
而能量传递则是由于激发态的运动。
无机发光材料是由作为材料主体的化合物（基质）和掺入特定的少量作为发光中心的杂质离子（激活剂）所组成，激活剂对基质起激活作用，并形成发光中心。
有的材料中还掺入另一种杂质离子作为传递辐射能的中介体（敏化剂）。
敏化剂可以有效地吸收激发能量并把它传递给激活剂，提到发光效率。
新型稀土功能材料的研制和应用，近年来发展很快。
由于稀土元素原子外层电子构型相同，离子半径接近，因而化学性质也很相似。
但是由于内层4f 轨道未充满，与4f电子行为有关，各个稀土离子又显示出若干物理特性。
利用稀土的这些特点，已经研制出了若干新型材料，在科学技术各个领域中已广泛使用。
特别是稀土发光材料,在我们的生活中获得了极为广泛的应用。
目前，稀土发光材料主要用于彩电显像管、计算机显示器、照明、医疗设备、稀土三基色荧光灯、PDP显示屏等方面。
2.Y3Al5O12 :Ce3 +简介本实验所合成的铈掺杂的铝酸钇(YAG)，是应用较广的一种稀土发光材料，它是石榴石晶体结构。
Y.Shimizu[ 1 ]将Y3Al5O12 :Ce3 +荧光粉涂敷于460nm 波长蓝光LED芯片上,通过芯片产生的蓝光与该荧光粉发出的黄光混合即可产生白光。
亚微米级双掺稀土钇铝石榴石荧光粉的共沉淀法合成与发光
大 连 交 通 JOURNAL OF DAL I AN
大 学 学 报 JI AOTONG UN I VER SI TY
Vo. l 31 N o . 5 O ct . 2010
文章编号 : 1673 9590( 2010) 05 0061 03
亚微米级双掺稀土钇铝石榴石荧光 粉的共沉淀法合成与发光
3+ MI N, et a. l Synthesis o f Y3 A l phosphor by so l 5 O 12 Eu
2 . 5 双掺稀土钇铝石榴石荧光粉老化性能 荧光粉的老化性能决定了其实际工作寿命, 同时由于其影响因数众多, 很难得到比较理想的 结果. 尽管如此, 图 3显示了双掺稀土钇铝石榴石 荧光粉 ( Y1. 45 Ce0. 05 Gd1. 5 A l5 O12 ) 在简单封 装条件 下 72 h后的流明衰减率 , 多次实验结果表明其衰 减率不超过 10 % , 完全能够满足实际白光 LED 使 用需要 .
牟俊侠, 李佳宁
(大连交通大学 理学院 , 辽宁 大连 116028 )* 摘 要 : 以稀土硝酸盐为原料 , 使 用 NH 3
xy
H 2 O NH 4 HCO 3混合沉淀剂 , 以反 滴化学共 沉淀方式和 两步煅烧
法合成双掺稀土钇铝石 榴石 ( Y3
Ce x Re yA l 5 O 12 ) 荧光粉 . 粒径分析 表明该荧光 粉粒径分 布窄 , 平 均粒径为
. 最近几
[ 2]
年 , 出现了软化学法 ( 包括溶胶 - 凝胶法 、 水热 [ 3] [ 4] 合成法 和沉淀法 ) 来制备 YAG 粉体, 由于是 在液相中制备前驱体 , 各组分的含量可精确控制, 反应组分可以在分子水平上混合均匀 , 降低了烧 结温度 , 缩短了烧结时间, 烧结后得到荧光粉不用 研磨即可使用 . 但是, 其中一些 方法也都存在缺 点 , 如水热合成法需要高压设备、 产量低 ; 溶胶 凝胶法需要昂贵的原材料、 成本高. 化学共沉淀法 是一种通过控制化学反应获得前驱体 , 然后对前 驱体进行热处理后获得超细荧光粉的湿化学合成 方法, 其原料各组分混合能在分子或原子级别上
Ba2YAlO5∶Eu^3+,Na^+荧光粉的合成和光致发光性能研究
第49卷第12期人工晶体学报Vol.49No.12 2020年12月JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS December,2020 Ba2YAlO5：Eu3+,Na+荧光粉的合成和光致发光性能研究段欢，崔瑞瑞，邓朝勇(贵州大学大数据与信息工程学院,贵州省电子功能复合材料特色重点实验室，贵阳550025)摘要:本文采用高温固相法成功合成了一系列Ba2YAlO5：0.2Eu3+,x Na+(x=0.01,0.03,0.05,0.10,0.20,0.30)荧光粉,研究了Eu3+,Na+掺杂对晶体结构的影响。
使用扫描电子显微镜观察荧光材料的微观形貌,使用荧光光谱仪对荧光粉的激发和发射光学特性进行观测和分析，从理论上研究了浓度猝灭和能量传递现象。
在613nm监测波段下，激发光谱在270~290nm处岀现O2-—Eu3+电荷转移带,395nm和465nm处岀现峰值，在465nm处峰值最大,对应于7F…^5D2跃迁。
在465nm监测波长下，观察到在613nm处发射峰最强，对应于跃迁,钠离子最优掺杂浓度为x=0.03。
通过理论计算得岀基质中的能量传递在最近邻离子之间。
对发光材料进行热稳定性测试和分析，计算得到热猝灭激活能的值为0.058eV,计算岀Ba2YAlO5：0.2Eu3+,0.03Na+荧光粉的色坐标位于(0.61,0.39)，非常接近于国际照明委员会规定的标准色坐标(0.67,0.33)。
关键词:荧光粉;高温固相;光致发光;浓度猝灭;能量传递;热稳定性;色坐标中图分类号：O734文献标识码:A文章编号：1000-985X(2020)12-230246Synthesis and Photoluminescence Properties ofBa2YAlO5：Eu3+,Na+PhosphorDUAN Huan,CUI Ruirui,DENG Chaoyong(Key Laboratory of Electronic Composites of Guizhou Province,College of Big Data and Information Engineering,Guizhou Lniversity,Guiyang550025,China)Abstract: A series of Ba YAlO5:0.2Eu3+,x Na+(x=0.01,0.03,0.05,0.10,0.20,0.30)phosphors were synthesized successfully by high temperature solid phase method.The effect of Eu3+,Na+doping on the crystal structure was studied.Observe the morphology of fluorescent materials with scanning electron microscope.The excitation and emission optical properties of phosphors were observed and analyzed by fluorescence spectrometer.Conducted theoretical research on concentration quenching and energy transfer.Under613nm emission,O2-—Eu3+charge transfer band appears at270nm to 290nm,peaks appear at395nm and465nm,the peak at465nm is the highest,corresponding to the7F()—5D transition.Under465nm excitation,it is observed that emission peak is the strongest at613nm,corresponding to the5D()—7F transition,and the optimal doping concentration of sodium ion is x=0.03.Theoretical calculation verified that the energy transfer in the host material is between the nearest neighbor ions.Thermal stability test analysis of the luminescent material show that activation energy of thermal quenching is0.058eV,and color coordinates of Ba YAlO5:0.2Eu3+,0.03Na+ phosphors are calculated locate in(0.61,0.39),which is very close to the standard chromaticity coordinates(0.67,0.33) stipulated by the International Commission on Lighting.Key words:phosphor；high temperature solid phase；photoluminescence；concentration quenching；energy transfer；thermal stability；chromaticity coordinate基金项目：国家自然科学基金（51762010）；贵州省高层次创新人才（黔科合人才[2015]4006号）；贵州省科技计划（黔科合平台人才[2018]5781号）作者简介：段欢（1993—），男，湖北省人,硕士研究生。
Bi3+浓度对Y2O3基荧光粉发光性能的影响
第48卷第9期 2020年9月硅 酸 盐 学 报Vol. 48，No. 9 September ，2020JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.20190719Bi 3+浓度对Y 2O 3基荧光粉发光性能的影响李 倩1，张 彪1，史忠旗1，康永锋2(1. 西安交通大学材料科学与工程学院，金属材料强度国家重点实验室，西安 710049；2. 西安交通大学电子与信息工程学院，电子物理与器件教育部重点实验室，西安 710049)摘 要：采用高温固相法合成了Y 2O 3:x Bi 3+[x =0.05–1.00%(摩尔分数)]荧光粉，研究了Bi 3+掺杂浓度对荧光粉相组成、微观形貌及发光性能的影响。
结果表明：Bi 3+掺杂量增加会引起Y 2O 3基质晶格膨胀和晶胞体积增大；荧光粉呈等轴状颗粒形貌，且随着Bi 3+掺杂量的增加，粒径逐渐从250 nm 增加到600 nm 。
Y 2O 3:x Bi 3+荧光粉在波长为335 nm 的紫外光激发下，其发射光谱由370、410和483 nm 3个宽带发射组成。
370 nm 紫外光发射和410 nm 蓝光发射分别是由Bi 3+的S 6位点的3A u →1A g 和3E u →1A g 电子跃迁产生，483 nm 蓝绿光发射是由C 2位点的3B →1A 电子跃迁产生。
当Bi 3+掺杂浓度为0.25%时，荧光粉发光性能最优；掺杂量大于0.25%时，由于Bi 3+间的偶极–偶极相互作用，产生浓度猝灭现象。
所制备的Y 2O 3:0.25%Bi 3+荧光粉的色坐标为 (0.159 2、0.218 1)，显色指数R a 为69.27，表明这种蓝绿色荧光粉在白光LED 领域具有良好应用前景。
关键词：氧化钇；蓝绿色；浓度猝灭；荧光粉中图分类号：TB32 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2020)09–1468–06 网络出版时间：2020–07–13Effect of Bi 3+ Concentration on Photoluminescence Properties of Y 2O 3:Bi 3+ PhosphorsLI Qian 1, ZHANG Biao 1, SHI Zhongqi 1, KANG Yongfeng 2(1. State Key Laboratory for Mechanical Behavior of Materials, School of Materials Science and Engineering,Xi'an Jiaotong University, Xi ′an 710049, China2. Key Laboratory for Physical Electronics and Devices of the Ministry of Education, Xi'an Jiaotong University, Xi ′an 710049, China)Abstract: Y 2O 3:x Bi 3+ (x =0.05–1.0% (mole fraction)) phosphors were synthesized by a solid-phase reaction route. Effect of Bi 3+ concentration on the phase composition, microstructure and photoluminescence (PL) performance was investigated. The results show that the lattice parameter and cell volume of Y 2O 3 host increase with the increase of Bi 3+ concentration. In addition, the phosphors are equiaxed grains, and the grain size increases gradually from 250 to 600 nm with the Bi 3+ concentration increasing. The emission spectra of Y 2O 3:Bi 3+ phosphors excited by ultraviolet light (λEX =335 nm) are composed of three broadband emission spectra centered at 370 nm, 410 nm and 483 nm. The ultraviolet-emission at 370 nm and blue-light emission at 410 nm appear due to 3A u →1A g and 3E u →1A g electron transitions of S 6 sites of Bi 3+, respectively. The blue-green emission at 483 nm occurs due to 3B →1A electron transition of C 2 sites of Bi 3+. The Y 2O 3:0.25%Bi 3+ phosphor shows the optimal PL performance. The concentration quenching occurs when Bi 3+ concentration is higher than 0.25% due to the dipole-dipole interaction between Bi 3+ ions. The color coordinate of Y 2O 3:0.25%Bi 3+ is (0.159 2, 0.218 1), and the color rendering index R a is 69.27, indicating that the as-synthesized blue-green phosphors have a broad application prospect in the field of white light-emitting diode.Keywords: yttrium oxide; blue-green; concentration quenching; phosphor白光发光二极管(LED)与传统的白炽灯和荧光灯相比，具有寿命长、环境友好、效率高等优点，被认为是下一代照明光源[1–3]。
稀土发光材料及其发光原理综述
2020/2/29
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稀土发光材料-阴极射线发光材料
目前在投影电视需要的荧光体比较少，红色荧光体
主要为前面所述的掺铕硫氧化钇，蓝色荧光体主要有
ZnS:Ag ， 绿 色 荧 光 体 种 类 较 多 ， 有 钇 铝 镓 石 榴 石 系
(Y3(Al,Ga)5O12)，如YAG:Tb，Y(Al,Ga)G:Tb等；卤氧化 镧体系(LaOX)，如LaOBr:Tb，LaOCl:Tb等；正硅酸氧钇
5D4→7F5跃迁产生的，颜色为黄绿色，与标准绿色有较 大差距。
2020/2/29
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稀土发光材料-光致发光材料
光致发光材料早前主要用于隐蔽照明、紧急照明以
及飞机的仪表盘等，随着上世纪70年代能源危机的出现， 发光材料用于照明设备的研究逐渐成为热点，荧光灯稀
土材料迅速发展。荧光灯使用的三基色材料主要为发红
光 的 Y2O3:Eu3+ ， 发 蓝 光 的 BaMg2Al16O27:Eu2+ 及 绿 光 的 Ce0.67Tb0.33Al11O19荧光体。由于人眼对绿光的敏感性最 强且荧光灯中绿色成分占重要地位，需要选择一种高效
的绿色发光材料。Tb3+是绿光的主要发光材料，因此通 过Tb与不同化合物的结合，晶体结构与晶体场的作用使 Tb3+更容易吸收能量进行发射。Ce3+作为敏化剂，将能 量高效的吸收传递给Tb3+。目前使用的绿色荧光体主要 有 CeMgAl11O19:Tb(CAT) ， LaPO4:Ce,Tb 及 其 变 体 ， Y2SiO5:Ce,Tb(正硅酸氧钇)以及REMg5BO10(稀土五硼酸 盐)等。
右图显示了部分稀土 离子与金属硫化物电 致发光材料部分能级 跃迁发射光峰值对应 的波长
稀土发光材料及其发光原理
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稀土发光材料-其他稀土发光材料
稀土闪烁体是闪烁探测器的核心部分，当带电粒子、 射线或者中子通过闪烁体时激发闪烁体而发光，是研究 核物理的重要部分；目前 Gd2O2S:Pr,Ce,F 陶瓷闪烁体用 于 X射线 CT医疗的氙气电离探测器中， Gd2SiO5:Ce闪烁 体用于制作正电子灵敏探测器，CeF3和LaF3:Ce闪烁体用 于现代医学图像显示核子科学中等。 稀土转换发光材料中存在发射光子能量大于吸收光 子能量的转换发光现象，该种发光材料主要根据基质分 为四类：①稀土氟化物， LaF3,YF3 等②稀土卤氧化物， YOCl3 等③稀土硫氧化物， La2O2S 等④稀土氧化物和复 合氧化物Y2O3,NaY(WO4)2等。 稀土热释发光材料主要用于探测核辐射剂量、发射 医 学 以 及 生 物 学 等 ， 目 前 比 较 成 熟 的 有 CaSO4: (Dy,Sm,Tm)，CaF2:Dy，Mg2SiO4:Tb等。
右图显示了部分稀土 离子与金属硫化物电 致发光材料部分能级 跃迁发射光峰值对应 的波长
2014-12-12
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稀土发光材料-X射线稀土发光材料
X 射线光子流穿过物体，形成一个 X 射线潜像，通 过荧光屏或增感屏上的荧光粉转化为光学图像。 X射线 发光主要靠激发过程中产生的大量次级电子直接或间接 地激发发光中心，转变为可见光辐射。 上世纪70年代，稀土X射线发光材料大量应用的有 以下几类： (1)铽激活的稀土硫氧化物 RE2O2S2:Tb(RE:Gd,La,Y)。 (2) 稀土激活的卤氧化镧 LaOX:R3+(R:Tb,Tm,Ce;X:Cl,Br) 。 (3)二价铕激活的氟卤化钡 BaFX:Eu2+(X:Cl,Br)。 (4)稀土钽酸盐 RETaO4:M(RE:La,Gd,Y;M:Tm,Nb)。
CsPbI3ZnOGaN纳米复合结构制备及其电致发光特性
第42卷㊀第11期2021年11月发㊀光㊀学㊀报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEVol.42No.11Nov.,2021㊀㊀收稿日期:2021-06-29;修订日期:2021-07-12㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(62075092);山东省自然科学基金(ZR2019MA066);烟台市校地融合发展项目(2021XKZY03,2020XDRHXMP11)资助Supported by National Natural Science Foundation of China (62075092);Nature Science Foundiation of Shangdong Province (ZR2019BF020);Yantai City-University Integration Development Project(2021XKZY03,2020XDRHXMP11)文章编号:1000-7032(2021)11-1748-08CsPbI 3/ZnO /GaN 纳米复合结构制备及其电致发光特性周啸宇1,张㊀晶1,赵风周1∗,楚新波1,贺顺立1,周福旺1,严汝阳1,薛晓娥2,任志超1,郑琪颖1,张立春1∗(1.鲁东大学物理与光电工程学院,山东烟台㊀264025;2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春㊀130033)摘要:采用高压脉冲激光沉积技术和溶液旋涂法在p-GaN 衬底上先后制备了ZnO 纳米线和CsPbI 3纳米结构,通过X 射线衍射㊁扫描电子显微镜和光致发光研究了样品的结构㊁形貌和光学性能㊂利用该结构制备的发光二极管在正向电压下表现出较强的宽波段可见光发射,电致发光光谱由440nm 的蓝光㊁500~650nm 的黄绿光和705nm 的红光组成㊂实验发现,随着注入电流的增大,器件的电致发光颜色从接近白光逐渐变蓝,并且随着CsPbI 3旋涂转速的降低,器件的发光颜色也从蓝光逐渐变为黄光㊂最后,利用能带模型详细讨论了复合结构的电致发光机理,解释了器件发光光谱随注入电流和旋涂转速变化的原因㊂这种CsPbI 3/ZnO 纳米复合结构可以实现光谱色坐标从蓝光到白光的调节,为单芯片白光发射器件的制备提供了方案㊂关㊀键㊀词:ZnO 纳米线;CsPbI 3;电致发光;白光LED中图分类号:O482.31㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀DOI :10.37188/CJL.20210225Preparation and Electroluminescence Properties of CsPbI 3/ZnO /GaN Nano-composite StructureZHOU Xiao-yu 1,ZHANG Jing 1,ZHAO Feng-zhou 1∗,CHU Xin-bo 1,HE Shun-li 1,ZHOU Fu-wang 1,YAN Ru-yang 1,XUE Xiao-e 2,REN Zhi-chao 1,ZHENG Qi-ying 1,ZHANG Li-chun 1∗(1.College of Physics and Optoelectronic Engineering ,Ludong University ,Yantai 264025,China ,2.Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China )∗Corresponding Authors ,E-mail :fzzhao @ ;phyzlc @Abstract :Herein,ZnO nanowires and CsPbI 3nanostructures were prepared on p-GaN substrates by high pressure pulsed laser deposition and solution spin coating,sequentially.The structure,mor-phology and optical properties were investigated by X-ray diffraction,scanning electron microscopy and photoluminescence.The light-emitting diode (LED)fabricated with the nano-composite struc-ture exhibited strong visible wide band light emission under forward bias,the electroluminescence (EL)spectrum consists of a blue peak at 440nm,the yellow-green emission band at 500-650nm and a red peak at 705nm.With the increase of the injection current,the EL color of the device changes from nearly white to blue gradually,and with the decrease of the spinning speed of CsPbI 3,the EL color of the device changes from blue light to yellow light gradually.At last,the EL mecha-nisms of heterojunction LEDs were discussed using the band diagram,and the reason why the emis-sion spectrum of the device changes with the injection current and spin coating speed was explained.㊀第11期周啸宇,等:CsPbI3/ZnO/GaN纳米复合结构制备及其电致发光特性1749㊀The CsPbI3/ZnO nano-composite can adjust the spectral color coordinates from blue to white,whichprovides a new way for single chip white LED.Key words:ZnO nanowires;CsPbI3;electroluminescence;white light-emitting diode1㊀引㊀㊀言1996年,人们利用InGaN蓝光发光二极管(LED)和黄光荧光粉制备了第一个商品化白光LED,此后基于固态半导体材料的照明工具开始逐渐走进人们的生活[1-2]㊂如今,白光LED凭借其优异的稳定性㊁卓越的能效㊁良好的色彩稳定性和环保性,成为人类照明历史上继白炽灯㊁荧光灯之后的新一代光源㊂目前,商用白光LED主要以蓝光LED激发Y3Al5O12ʒCe3+(YAGʒCe)黄光荧光粉,利用两种发光颜色互补实现白光发射[3]㊂然而,这种方案存在显色指数(CRI)较差㊁色温不足等问题,无法满足高品质显示器和室内照明的需求㊂另一种方案是将红㊁绿㊁蓝三种荧光粉与近紫外/紫外LED相结合,获得高显色指数的白光发射㊂但由于缺乏高稳定性㊁低成本的红色无机荧光粉,使得这种器件发光效率较低,严重阻碍了该方案的推广应用㊂在众多具有发光应用潜力的半导体材料中,氧化锌(ZnO)由于其光电性能优良,成为近20年来半导体发光领域的研究热点[4-5]㊂由于难以获得稳定高效的p型掺杂ZnO材料,所以构建ZnO 基异质结光电器件成为实现其应用的有效途径[6-9]㊂n-ZnO/p-GaN异质结由于ZnO与GaN材料晶格匹配好㊁稳定性高㊁掺杂工艺成熟,是实现ZnO光电器件的重要选择㊂而另一种重要的光电材料 全无机卤素钙钛矿CsPb X3(X=Cl,Br, I)由于其荧光量子效率高㊁色纯度好㊁发光波长可调等优点,近年来在发光器件领域备受关注[10-12]㊂其中,CsPbI3钙钛矿材料的带隙最窄,其发光处于红光波段[13-14],可利用ZnO/GaN器件的短波长发光激发CsPbI3的红光发射,同时与短波长光复合,实现白光发射㊂本文利用高压脉冲激光沉积技术(HP-PLD)在p-GaN衬底上制备了高质量的ZnO纳米线,然后采用溶液旋涂法在ZnO纳米线表面制备了CsPbI3层㊂该复合结构器件通过调节注入电流,实现了由蓝光向白光的可调发射㊂2㊀实㊀㊀验2.1㊀ZnO纳米线制备在纳米复合结构的制备中,使用商用p-GaN外延片作为衬底(蓝宝石基底)㊂对衬底进行清洗并用高纯N2气吹干,之后采用两步法在p-GaN表面制备ZnO纳米线㊂首先,利用PLD技术,在p-GaN表面沉积约30nm厚的ZnO种子层,然后将样品转移到管式炉中,通过高压脉冲沉积技术制备ZnO纳米线㊂管式炉的密封石英管用机械泵抽真空并充入高纯氮气,压强保持在4.0ˑ104Pa,衬底控温加热至650ħ并保持㊂实验中所用激光波长为248nm(KrF准分子激光器,COMPex Pro201),能量为300mJ/pulse,脉冲重复频率为10Hz㊂ZnO陶瓷靶纯度为99.999%(Kurt J.Lesker Company)㊂2.2㊀CsPbI3溶液合成将0.5mmol的CsI(西安宝莱特,纯度99.9%)和0.5mmol的PbI2(西安宝莱特,纯度99.9%)溶解于1mL的DMF(N,N-二甲基酰胺)中,连续搅拌30min得到淡黄色溶液㊂使用移液枪滴入66μL(57%)的氢碘酸(HI),继续搅拌2h得到黄色CsPbI3溶液㊂使用孔径为0.22μm的聚四氟乙烯滤网过滤溶液,过滤后陈化48h㊂2.3㊀LED器件制备利用旋涂技术在ZnO纳米线/p-GaN表面旋涂CsPbI3,转速分别为2000,2500,3000r/min,旋涂时间均为30s㊂旋涂完成后,将样品置于100ħ加热台上干燥10min,之后将样品放进图1㊀器件结构示意图Fig.1㊀Schematic diagram of device structure1750㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷30mL 异丙醇溶剂中,在100ħ下退火4min,取出后用高纯N 2吹干,再置于100ħ加热台上退火5min㊂加热退火过程均在大气下进行㊂退火完成后,用热蒸发技术分别在p-GaN 表面和CsPbI 3/ZnO 表面沉积Ni /Au 和Au 欧姆接触电极,得到如图1所示的异质结器件㊂2.4㊀器件性能表征器件的表面形貌和晶体学结构分别用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM,SU8010)和X 射线衍射(XRD,Rigaku D /MAX2500V)仪进行表征㊂吸收光谱用紫外-可见分光光度计(UV-2550)进行测定㊂光致发光(PL,激发波长为325nm)和电致发光(EL)利用自建的发光测试系统进行测量,该系统由He-Cd 激光器(Kimmon Koha 有限公司)和光栅光谱仪(Andor SR-500i)构成,EL 测量由Keithley 2611A 源表驱动㊂3㊀结果与讨论3.1㊀ZnO 纳米线/p-GaN 的形貌结构及光学性能ZnO 纳米线的XRD 图样只有一个对应于纤锌矿结构ZnO (002)晶面的衍射峰(JCPDS 89-0511),如图2(a)所示㊂ZnO 纳米线的SEM 图像如图2(b)所示,可以看出ZnO 纳米线排列有序,尺寸均一,纳米线的长度约为2.7μm,平均直径约为80nm㊂图2㊀(a)ZnO 纳米线的XRD 图;(b)ZnO 纳米线的SEM 图像㊂Fig.2㊀(a)XRD pattern of ZnO nanowires.(b)SEM images of ZnO nanowires.图3(a)是ZnO 纳米线(石英衬底)的紫外-可见吸收光谱,可以看到ZnO 纳米线具有较强的紫外吸收能力㊂ZnO 纳米线的直接光学带隙可以用Tauc 方程(αhν)2=A (hν-E g )计算,其中A 为常数,hν为光子能量,E g 为禁带宽度,α为吸收系数㊂可得ZnO 纳米线的光学带隙为3.27eV,如图3(a)插图所示㊂图3(b)给出了p-GaN㊁ZnO 纳米线及ZnO 纳米线/p-GaN 的PL 光谱㊂p-GaN 薄膜的光致发光峰位于440nm 附近,这是由Mg 2+掺杂造成深能级缺陷引起的[15-16]㊂ZnO纳米线表现出图3㊀(a)ZnO 纳米线的紫外-可见吸收光谱;(b)p-GaN㊁ZnO 纳米线和ZnO 纳米线/p-GaN 的PL 光谱㊂Fig.3㊀(a)UV-Vis absorption spectrum of ZnO nanowires.(b)PL spectra of p-GaN,ZnO nanowires and ZnO nanowires /p-GaN.㊀第11期周啸宇,等:CsPbI3/ZnO/GaN纳米复合结构制备及其电致发光特性1751㊀较强的紫外发射(380nm),同时在500~600 nm也出现了明显的发光峰㊂一般认为380nm 的紫外发射来自于自由激子的辐射复合,而500~600nm的黄绿光发射与ZnO的本征缺陷有关[16-17]㊂3.2㊀CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN的光学性能图4(a)是石英衬底上CsPbI3的紫外-可见吸收光谱㊂如图所示,CsPbI3在可见光范围表现出较强的吸收能力,吸收边位于720nm附近,由此计算得到CsPbI3材料的光学带隙约为1.66eV㊂图4(b)是CsPbI3和CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN 的室温PL光谱㊂可以看出石英衬底上生长的CsPbI3(红色曲线)表现出位于718nm较强的红光发射[18],而CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN结构(紫色曲线)的光致发光光谱包含380nm处的紫外线发射㊁440nm处的蓝光发射以及位于718nm 附近的红光发射㊂对照图3(b)给出的实验结果,可以确定红光发射来自于CsPbI3层㊂图4㊀(a)CsPbI3的紫外-可见吸收光谱;(b)CsPbI3和CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN的PL光谱㊂Fig.4㊀(a)UV-Vis absorption spectrum of CsPbI3.(b)PL spectra of CsPbI3and CsPbI3/ZnO nanowires/p-GaN.3.3㊀ZnO/GaN和CsPbI3/ZnO/GaN异质结的电致发光我们分别制备了ZnO纳米线/p-GaN和CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN器件的电流-电压(I-V)特性曲线,可以看出,两个器件都具有明显的整流特性㊂在覆盖了CsPbI3层后,CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结器件的漏电流明显减小,这是由于覆盖CsPbI3层后器件图5㊀(a)LED的I-V曲线;ZnO纳米线/p-GaN异质结LED(b)与CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结LED(c)的室温电致发光(EL)光谱;(d)异质结LED对应的CIE坐标㊂Fig.5㊀(a)I-V curves of LEDs.Room-temperature EL spectra of ZnO nanowires/p-GaN heterojunction LED(b)and CsPbI3/ ZnO nanowires/p-GaN heterojunction LED(c).(d)Corresponding CIE coordinates of the heterojunction LEDs.1752㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷电阻率增加所致㊂ZnO纳米线/p-GaN异质结LED在正向偏压下的电致发光光谱如图5(b)所示,其发射谱主要表现为450nm附近的蓝光发射㊂同时,在380 nm和500~650nm波段也可以观察到微弱的紫外和蓝绿色发射㊂在ZnO纳米线/p-GaN异质结LED的电致发光中,电子由ZnO纳米线一侧注入,空穴由p-GaN一侧注入㊂并且ZnO的电子迁移率(~28.8cm2/(V㊃s))显著高于p-GaN的空穴迁移率(~10cm2/(V㊃s)),且导带和价带带阶都很小(㐱E C=0.15eV,㐱E V=0.12eV),所以注入的电子更容易进入GaN一侧,而由GaN一侧注入的空穴则很少进入ZnO一侧㊂对比样品PL结果,可以确定450nm处的蓝光来自GaN的发光,而其他较弱的紫外㊁黄绿发光峰则来自于ZnO㊂更详细器件的发光机制将通过能带模型来解释㊂图5(c)是CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结LED在正向偏压下的电致发光光谱㊂相对于ZnO纳米线/p-GaN异质结,该器件出现了一个位于700nm附近的红光发光峰㊂从样品的PL结果推断,这个发光峰来自于CsPbI3层㊂发生蓝移是由于CsPbI3材料在不同衬底上生长得到的结构尺寸不一致而导致的[19]㊂值得注意的是,在覆盖CsPbI3层后,来自于GaN层的蓝光发光峰明显减弱,而黄绿光相对增强㊂器件的EL光谱色度坐标可以在CIE1931色空间色度图中表示,如图5(d)所示,相应的具体色度坐标列在表1中㊂从图5(d)可以看出,ZnO纳米线/p-GaN异质结的发光颜色随注入电流的增大而逐渐向蓝色变化;器件覆盖CsPbI3层后,异质结LED的色度坐标发生了明显的变化,随着注入电流的增大,LED的发光颜色从橙色逐渐向白光过渡㊂表1㊀ZnO/GaN和CsPbI3/ZnO/GaN的CIE坐标Tab.1㊀CIE coordinates of the ZnO/GaN and CsPbI3/ ZnO/GaN电流/mA CIE x CIE y ZnO/GaN1.002.004.008.000.27510.23030.21470.21550.24050.18520.16470.1679 CsPbI3/ZnO/GaN1.002.004.008.000.46630.43210.37680.32070.44420.41340.34560.28433.4㊀CsPbI3层的厚度变化对CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结电致发光的影响CsPbI3层的厚度不同,对异质结器件的发光性能会产生不同的影响,而CsPbI3层的厚度可以通过改变旋涂仪的转速来改变㊂图6是不同转速下CsPbI3的表面形貌㊂可以发现,当转速为3000 r/min时,只有少量的CsPbI3附着在ZnO纳米线图6㊀不同转速下在ZnO纳米线上生长的CsPbI3的SEM图像㊂(a)无CsPbI3;(b)3000r/min;(c)2500r/min;(d) 2000r/min㊂Fig.6㊀SEM image of CsPbI3growing on ZnO nanowires at different rotating speeds.(a)No CsPbI3.(b)3000r/min.(c) 2500r/min.(d)2000r/min.㊀第11期周啸宇,等:CsPbI 3/ZnO /GaN 纳米复合结构制备及其电致发光特性1753㊀顶部(图6(b))㊂当转速降为2500r /min 时,CsPbI 3明显增厚,呈片状结构镶嵌在ZnO 纳米线之间(图6(c ))㊂当转速降至2000r /min 时,CsPbI 3长成更大的三维晶粒,堆积在纳米线表面(图6(d))㊂随着旋涂转速的降低,CsPbI 3层的厚度和晶粒大小都明显增加㊂随着转速降低,CsPbI 3层的厚度和晶粒大小增大,异质结器件的蓝光发射逐渐减弱,而黄绿光波段及红光波段的发光明显增强㊂并且随着CsPbI 3层结晶质量的改善,来自CsPbI 3的发光逐渐蓝移,如图7(a)㊁(c)㊁(d)所示㊂图7(b)为不同旋涂转速下CsPbI 3/ZnO 纳米线/p-GaN 异质结LED 的CIE 1931色空间色度图,具体的色度坐标值列在表2中㊂可以发现,器件发光光谱的色度坐标随着旋涂转速降低从蓝光区域逐渐变到黄光区域,这与图7(a)的发光结果一致㊂表2㊀不同转速生长CsPbI 3后LED 的EL 色度坐标Tab.2㊀Corresponding CIE coordinates of LED grown withCsPbI 3at different rotational speeds转速ELCIE xCIE y无CsPbI 30.21550.16793000r /min 0.28380.24812500r /min 0.32070.28432000r /min0.48310.4553图7㊀不同转速下生长CsPbI 3后,CsPbI 3/ZnO 纳米线/p-GaN 异质结LED 的电致发光(EL)光谱(I ʈ8mA)(a)与CIE 坐标(b);(c)2500r /min 转速旋涂的CsPbI 3/ZnO 纳米线/p-GaN 异质结LED 的EL 光谱高斯拟合;(d)2000r /min转速旋涂的CsPbI 3/ZnO 纳米线/p-GaN 异质结LED 的EL 光谱高斯拟合㊂Fig.7㊀EL spectra(I ʈ8mA)(a)and color coordinates(b)of CsPbI 3/ZnO nanowires /p-GaN heterojunction LEDs with CsPbI 3growing at different rotating speeds.(c)Gaussian fitting of EL spectra of CsPbI 3/ZnO nanowires /p-GaN heterojunction LED spin-coated at 2500r /min.(d)Gaussian fitting of EL spectra of CsPbI 3/ZnO nanowires /p-GaN heterojunction LED spin-coated at 2000r /min.3.5㊀器件电致发光机理器件的电致发光机理可以利用能带理论进行解释㊂如图8(a)所示,对于p-GaN 和ZnO 纳米线形成的pn 结,材料界面处形成的导带带阶和价带带阶分别为0.15eV 和0.12eV [15],因此该界面对电子和空穴的势垒大小基本相同㊂当施加正向电压时,电子从ZnO 一侧向p-GaN 注入,并在GaN 一侧复合产生蓝光发射㊂同时,来自于p-GaN 一侧的空穴在电场作用下注入到ZnO 一侧,并与ZnO 侧的电子复合并产生光发射(紫外㊁黄光发射)㊂然而,由于GaN 的1754㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第42卷空穴迁移率远低于ZnO的电子迁移率[20],导致ZnO 向p-GaN一侧的电子注入占主导地位,使得n-ZnO/ p-GaN异质结LED以GaN蓝光发射为主㊂在ZnO 表面覆盖CsPbI3层后,CsPbI3/ZnO纳米线异质结的能带图如图8(b)所示,CsPbI3吸收了n-ZnO/p-GaN 异质结发射的蓝光,其价带电子被激发到导带上,在价带留下光生空穴㊂由于ZnO纳米线是采用真空沉积技术制备,在缺氧环境下ZnO纳米线中会出现V O㊁O i等缺陷,从而形成相应的杂质能级[21]㊂由于CsPbI3与ZnO紧密结合,而ZnO的导电性能远优于CsPbI3,并且CsPbI3的价带位置和ZnO的缺陷能级比较接近,因而CsPbI3中的光生空穴比较容易转移到ZnO的缺陷能级上㊂当CsPbI3导带上的电子向下跃迁就会与CsPbI3的价带和ZnO的缺陷能级上的空穴复合,从而在CsPbI3和ZnO中产生红光和黄绿光发射[12,22]㊂随着CsPbI3层厚度的增大,对n-ZnO/p-GaN异质结的蓝光发射的吸收越来越强,覆盖了CsPbI3层的异质结器件的黄绿光与红光发射也越来越强,最后只有黄绿光和红光出射,而蓝光则被完全吸收,产生如图7所示的发光变化规律㊂图8㊀(a)ZnO纳米线/p-GaN异质结的能带结构;(b)CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结的能带结构㊂Fig.8㊀(a)Energy band structure of the ZnO nanowires/p-GaN heterojunction.(b)Energy band structure of the CsPbI3/ZnO nanowires/p-GaN heterojunction.4㊀结㊀㊀论本文利用高压脉冲激光沉积技术在p-GaN衬底上制备了高质量的ZnO纳米线,并在其表面生长了CsPbI3纳米结构㊂相对于ZnO纳米线/p-GaN异质结LED,CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结LED在正向偏压下的电致发光光谱表现出宽带的可见光发射㊂通过调节注入电流和CsPbI3的旋涂转速,可以实现CsPbI3/ZnO纳米线/p-GaN异质结LED发光颜色的调控㊂随着注入电流增大,发光颜色从橙色区逐渐过渡到白光区;而随着旋涂转速的降低,发光则从白光区域逐渐变到橙黄色区㊂本工作利用ZnO纳米线/p-GaN异质结并复合CsPbI3钙钛矿材料,可实现器件的白光发射,为单芯片白光LED的发展提供了新思路㊂本文专家审稿意见及作者回复内容的下载地址:/thesisDetails#10.37188/CJL.20210225.参㊀考㊀文㊀献:[1]NAKAMURAS,FASOL G.The Blue Laser Diode:GaN Based Light Emitters and Lasers[M].Berlin:Springer Press,1996:1-5.[2]LIU T,LI D,HU H,et al.Piezo-phototronic effect in InGaN/GaN semi-floating micro-disk LED arrays[J].Nano Energy,2020,67:104218.[3]ZHANG R,WANG B Y,ZHOU P,et al.A novel Ce3+ʒY3Al5O12and Eu2+ʒSr2Si5N8dual phosphors-in-glass thick film forwarm white LED[J].Mater.Lett.,2018,221:31-34.[4]BAEK S D,PORTE Y,KIM Y C,et al.Fabrication of ZnO homojunction-based color-switchable bidirectional LEDs byusing a hydrothermal growth method[J].J.Mater.Chem.C,2017,5(36):9479-9487.[5]HUANG Y,ZHOU X Y,ZHANG L 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沉淀法荧光YAGCe激发光谱 发射光谱硕士论文解析
沉淀法合成YAG：Ce荧光粉【摘要】钇铝石榴石Y3Al5O12(简称YAG),具有耐高强度辐照和电子轰击的优点,被广泛的用作发光的基质材料。
本文使用沉淀法合成了YAG:Ce荧光粉,对其发光机理进行了分析,探讨了激活离子掺杂量、反应温度、不同沉淀剂配比对样品发光性能的影响。
结果表明,在反应温度900℃时合成了YAG:Ce荧光粉,当Ce3+掺杂的摩尔分数为5%时,发光强度达到最大,生成物为纯YAG相粉体,粒子呈球形,粒径在1μm左右。
使用超声波设备,对样品的前驱物进行处理,很好的提高了荧光粉的分散性,在一定程度上提高了YAG:Ce荧光粉的发光性能；并通过改变反应温度合成了YAG:Ce荧光粉,实验发现荧光粉的发光强度随反应温度的升高而增强。
在使用沉淀法的基础上,研究了混合沉淀剂对生成样品的影响,结果表明,以NH4HCO3+NH3·H2O作为混合沉淀剂,样品的发光强度比用单一的沉淀剂要强,并且分散性更好,该方法在一定程度上提高了荧光粉的发光性能,对制备高质量的发光材料具有一定的参考价值。
更多还原【Abstract】 Yttrium Aluminum Garnet(YAG)was widely used for matrix in luminescence due to its stability under high radiation strength and electron bombardment. In this thesis, YAG:Ce phosphor was synthesized by precipitation method, its luminescence mechanism was analysed, and the influence of doping content of activator ion, reaction temperature and different precipitation reagent ratio on the luminescentproperties were also been discussed. It is indicated that YAG:Ce phosphor was synthesized at 900℃,and ... 更多还原【关键词】沉淀法；荧光粉；YAG:Ce；激发光谱；发射光谱；【Key words】precipitation method；fluorescence；YAG:Ce；excitation spectrum；emission spectrum；摘要5-6Abstract 6第1章绪论9-181.1 引言9-111.1.1 光源的发展历程9-101.1.2 发光二极管的发展历史10-111.2 白色发光二极管概述11-131.2.1 发光二极管原理11-121.2.2 白光LED的实现方法12-131.3 发光与发光材料13-151.4 用于制作白光LED荧光粉的介绍15-161.4.1 可用于制作白光LED的荧光粉151.4.2 关于稀土荧光粉的介绍15-161.5 本论文的研究目的、内容和创新点16-181.5.1 研究目的16-171.5.2 研究内容171.5.3 创新点17-18第2章YAG:Ce荧光粉的合成18-272.1 引言182.2 沉淀法简介18-192.3 样品的制备19-202.4 性能检测20-262.4.1 样品亮度的测量与分析20-222.4.2 铈离子的掺杂量对荧光粉光谱特性的影响22-242.4.3 样品的XRD衍射图及分析24-252.4.4 YAG:Ce的透射电镜照片及分析25-262.5 本章小结26-27第3章不同温度下YAG:Ce荧光粉的合成27-343.1 样品的制备273.2 性能检测及性质分析27-333.2.1 样品的结构测定与分析27-303.2.2 合成温度对荧光粉光谱特性的影响30-313.2.3 合成温度对晶体形貌的影响31-333.3 本章小结33-34第4章混合沉淀剂配比对YAG:Ce荧光粉发光影响34-404.1 样品的制备344.2 性能检测及性质分析34-394.2.1 样品的结构测定与分析34-364.2.2 不同沉淀剂配比对荧光粉光谱特性的影响36-384.2.3 样品的形貌分析38-394.3 本章小结39-40第5章结束语40-425.1 主要结论405.2 YAG:Ce荧光材料的展望40-42参考文献42-47附录【索购全文】Q联系Q：138113721 1030850491全文提供服务费：25元RMB 即付即发支付宝账号：xinhua59168@【说明】1、本站为中国学术文献总库合作代理商，作者如对著作权益有异议请与总库或学校联系；2、为方便读者学习和引用，我们可将图片格式成WORD文档，费用加倍。
荧光发光材料种类
发光种类一．常见发光种类光致发光灯用材料日光灯,节能灯,黑光灯,高压汞灯,低压汞灯，LED转换组合白光长余辉材料放射性永久发光,超长余辉,长余辉紫外发光材料长波3650发光,短波2537发光,真空紫外发光,量子点发光……红外线发光材料上转换发光,红外释光,热释发光, 多光子材料荧光染料\颜料稀土荧光,有机荧光电致发光高场发光直流粉末DCEL,交流粉末ACEL,薄膜发光,厚膜发光,有机发光低场发光发光二极管(LED),有机发光(OEL-OLED),硅基发光,半导体激光阴极射线发光彩色电视发光材料黑白电视发光材料像素管材料低压荧光材料超短余辉材料放射线发光α射线发光材料,β射线发光材料,γ射线发光材料,氚放射发光材料，闪烁晶体材料X射线发光X存储发光材料X增感发光材料CT扫描发光材料摩擦发光单晶发光,微晶发光化学发光有机化合物发光(荧光染料)液体发光有机稀土发光生物发光酶发光,有机发光,反射发光(几何光学)光学镀膜反射材料,玻璃微珠反射材料二．常见发光材料成份物质发光过程有激励、能量传输和发光三个过程。
激励方式主要有电子束激发，光激发和电场激发。
电子束激发有阴极射线（CRT）发光材料，真空荧光（VFD）材料，场发射（FED）显示材料；光激发有荧光灯用发光材料，等离子显示（PDP）发光材料，X射线激发光材料等；电场激发有电致发光（EL）材料，发光二极管（LED）材料。
1 阴极射线（CRT）稀土发光材料2 真空荧光显示（VFD）稀土发光材料VFD用稀土发光材料较少，效率也不高，如SnO2:Eu3+, Y2O2S:Eu3+，很少使用。
3 场发射显示（FED）稀土发光材料FED是有可能与PDP和LCD相竞争的平板显示，它的画面质量和分辨率优于CRT，响应速度（寻址时间）非常快，而功耗仅是LCD的1/3，其应用前景令人关注。
FED稀土发光材料如表2所示。
表2 FED稀土发光材料4 灯用稀土发光材料使用稀土三基色荧光粉的节能灯流明效率高，显色性好，是欧美、日和我国大力推广的绿色照明。
Eu掺杂的Y3Al5O12(YAG)纳米粉的低温合成及荧光性质
Eu掺杂的Y3Al5O12(YAG)纳米粉的低温合成及荧光性质[摘要] 本文以复分解/熔融盐和共沉淀/熔融盐两种方法在350℃条件下制备了Y3Al5O12(YAG)纳米粉和YAG：Eu3+。
使用XRD、TEM、Raman、IR、荧光等方法进行表征，显示出两种方法制得的微晶大小分别为23-31nm和51nm；Raman和IR显示500℃制备的结晶度好；荧光发射光谱显示强高敏感度的5D0→7F2跃迁和磁偶极5D0→7F1跃迁较强。
制得的YAG：Eu3+的发射性能与大块YAG有显著不同。
复分解/熔融盐法属于室温下机械力诱发的固体间化学反应，适用于制备稀土掺杂的YAG，具有工艺简单，成本低廉的特点，适用于大规模工业化生产。
[关键词] 低温固相反应；机械化学反应；助熔剂；稀土发光材料；1.序言1.1低温固相反应法低温固相反应法是近年来发展起来的一种合成材料的新手段。
与高温固相反应法（反应温度要在600℃以上）相比，低温固相法更适合合成低温条件下稳定的介稳态化合物以及动力学控制的化合物，高温固相反应法只能合成热力学稳定的化合物。
1.2机械力诱导的低温固相反应原理低温固相反应法的基本原理为：形成冷溶熔层—原子扩散—合成反应—形核—长大。
具体是以下三步：(1)反应物颗粒在机械研磨作用下混合均匀，由于颗粒自身带有结晶水，因此在反应初期阶段可以在外表面上形成一层薄薄的冷溶熔层；(2)反应物原子通过在表面冷溶熔层扩散发生化学反应，生成目标产物。
一般来说，表面冷溶熔层可以看做一个微反应区，原子在微反应区内扩散并发生化学反应，生成目标产物；(3)反应过程中继续研磨，这样颗粒表面的冷溶熔层就会在外力的作用下不断脱落，颗粒表面又可以形成新的冷溶熔层；相应的，已合成的产物形核与长大过程也随之进行，并最终合成出所需物相。
在最初反应时期，颗粒之间存在着固相界面，该界面对反应物的原子扩散有阻碍作用，外部条件(如机械研磨、提高反应温度)改变时固相接触面形成冷溶熔层；在冷溶熔层中，扩散阻力减小，参加反应的原子增多，反应速度加快；与此同时，一定量的原反应物中的结晶水以极高的速度被释放，有利于更多的微量溶剂进入反应区，形成新的冷溶熔层。
Lu_(2.94)Al_(5)O_(12)0.06Ce^(3+)绿色荧光粉的制备及光致发光
03160功滋讨科2021年第3期(2)卷文章编号：1001-9731(2021)03-03160-04Lu2.94Al5Oi2：0.06Ce3+绿色荧光粉的制备及光致发光*王亚楠X刘鑫2,李兆1，曹静X王永锋X吴坤尧1(•西安航空学院材料工程学院，西安710077；2.陕西隆基乐叶光伏科技有限公司，西安710200)摘要：采用高温固相法制备了Lu2.94Al5O12：0.06Cc3+绿色荧光粉。
通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光致发光光谱(PL)对样品的物相、形貌及发光性能进行了表征。
结果表明，所合成的Lu2.94 A1O12：0.06Ce3+绿色荧光粉为立方晶系，表面为类球形。
激发光谱中，位于340和450nm的激发峰分别归属于4f的两个能级到5d能级的跃迁而产生的吸收，340nm处的激发峰是由于发光是由于2F5/2到5d的跃迁，而450nm处的激发峰是由于2F7/2到5d的跃迁。
发射光谱中，位于525nm的发射峰对应Ce3+的4f—5d电子跃迁。
当Cc3+掺杂量为6%,1500°C煅烧5h时,Lu2.94Al5O12：0.06Cc3+绿色荧光粉CIE色坐标为(0.3683,0.5959),是一种可以用作白光LED的绿色荧光粉。
关键词:白光LED;Lu肌A1O12：0.06Ce3+;绿色荧光粉；光学性能中图分类号：TB333文献标识码:A0引言白光LED作为第四代照明光源，具有节能环保、长寿命，高的效率的优点和良好的发光性15］，可以显著降低功耗和环境污染，是一种极具研究潜力的绿色环保型照明灯源。
YAG掺杂Cc3+离子制备成黄色荧光粉是近年来的一个研究热点［8］-随着越来越多的深入研究，科研工作者发现YAG存在密度相对较低、辐射长度较大的缺点，而且这种实现白光LED的方式显色性也不够理想，因此，可采用蓝光芯片结合红色和绿色荧光粉来得到高质量的白光，而与蓝光芯片相匹配的绿色或红色荧光粉中，绿色荧光粉的研究相对较少。
超声波均匀沉淀法制备Y2O3:Eu3+纳米晶及其荧光性能
超声波均匀沉淀法制备Y2O3：Eu3+纳米晶及其荧光性能司伟;张力明;王晶;翟玉春;高宏【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2010(031)003【摘要】在超声波作用下,使用均匀沉淀法制备了纳米Y2O3:Eu3+荧光粉,考察反应物配比、溶液pH值、反应时间、煅烧温度等制备条件对产物品粒尺寸及产率的影响.利用X射线粉末衍射(XRD)、等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、透射电镜(TEM)和荧光光谱等测试手段表征产物,结果表明,该法制得的纳米Y2O3:Eu3+荧光粉颗粒为球形,粒度分布均匀,平均粒径约为30 nm.与微米晶相比,该纳米晶的激发光谱发生明显红移,电荷迁移态最大值(CTS)红移12 nm,发射光谱中发射主峰蓝移8 nm.【总页数】4页(P71-74)【作者】司伟;张力明;王晶;翟玉春;高宏【作者单位】大连交通大学,无机超细粉体制备及应用辽宁省重点实验室,辽宁,大连,116028;大连交通大学,无机超细粉体制备及应用辽宁省重点实验室,辽宁,大连,116028;大连交通大学,无机超细粉体制备及应用辽宁省重点实验室,辽宁,大连,116028;东北大学,材料与冶金学院,辽宁,沈阳,110004;大连交通大学,无机超细粉体制备及应用辽宁省重点实验室,辽宁,大连,116028【正文语种】中文【中图分类】O641;TQ133.3【相关文献】1.鱼骨状LaVO4:Eu3+纳米晶的水热合成和荧光性能 [J], 刘国聪;段学臣;李海斌;董辉;朱立刚;梁达文2.Eu3+掺杂Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃的制备与荧光性能研究 [J], 吴亮;刘光华;李江涛3.球状LaVO4∶Eu3+纳米晶的水热合成及其荧光性能 [J], 许石桦;刘国聪;黄忠京;韦庆敏4.单分散Y2O3∶ Eu3+微球的制备及荧光性能研究 [J], 梁进闯; 蒋小康; 周恒为5.水热法制备Y2O3：Eu3＋微米棒及其荧光性能表征 [J], 宋金玲;孙佥;梁家宝;李霞;蔡颖;张胤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
EDTA络合溶胶-凝胶法合成YAG：Ce黄色荧光粉及其性能
EDTA络合溶胶-凝胶法合成YAG：Ce黄色荧光粉及其性能李友凤;刘国清;漆斌;周虎;姜绮梦【摘要】以金属硝酸盐为原料，乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂，采用溶胶-凝胶法制备YAG：Ce黄色荧光粉，利用X射线衍射仪、扫描电镜、荧光分光光度计等检测方法研究制备过程工艺参数对粉体结构、形貌和发光性能的影响。
结果表明：EDTA络合所得的凝胶经1000℃煅烧就得到纯的钇铝石榴石相(YAG)，其晶相转变温度比柠檬酸(CA)络合剂溶胶-凝胶法的降低约200℃，且所得YAG：Ce荧光粉的发光强度随着煅烧温度升高而增大；凝胶经1500℃高温煅烧所得荧光粉的发光强度比柠檬酸(CA)络合剂的提高66.2%，这是由粉体结晶度好、颗粒形貌更规整、呈球形且尺寸更加均匀所致；在原料液中添加Na2SO4-K2SO4复合熔盐后，凝胶经1500℃煅烧后所得荧光粉发光强度比采用非熔盐法所得荧光粉的增大约10%。
%Ce-doped Y3Al5O12 (YAG:Ce) yellow phosphors were synthesized by sol-gel method using metal nitrate as raw materials and ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA) as complexing agent. The effects of process parameters on the powder structure, morphology and photoluminescence were characterized by X-ray diffractometry, scanning electron microscopy and fluorescence spectrophotometry, respectively. The results show that the pure YAG phase can be prepared by firing gel at 1000℃ for 2 h. Compared with the citric acid (CA) complexing agent sol-gel method, the YAG phase transition temperature of the gel with the EDTA complexing agent sol-gel method can be decreased by about 200℃. The luminescent intensity of the YAG:Ce phosphors increases as the heat temperature increasing because of phosphor with good crystalline andmore regular spherical particle. When the gel is sintered at 1500℃, the luminescent intensity of the phosphor improves by 66.2% than that of phosphor with citric acid complexing agent, and the luminescent intensity of the phosphor with Na2SO4 -K2SO4 composite molten salt in reaction liquid can be increased by 10% than that prepared without molten salt method.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】7页(P1001-1007)【关键词】YAG:Ce;EDTA络合剂;溶胶-凝胶法;发光性能【作者】李友凤;刘国清;漆斌;周虎;姜绮梦【作者单位】湖南科技大学化学化工学院，湘潭 411201; 湖南科技大学理论化学与分子模拟省部共建教育部重点实验室，湘潭411201; 中南大学粉末冶金研究院，长沙 410083;湖南科技大学化学化工学院，湘潭 411201; 湖南科技大学理论化学与分子模拟省部共建教育部重点实验室，湘潭 411201;湖南科技大学化学化工学院，湘潭411201; 湖南科技大学理论化学与分子模拟省部共建教育部重点实验室，湘潭 411201;湖南科技大学化学化工学院，湘潭 411201; 湖南科技大学理论化学与分子模拟省部共建教育部重点实验室，湘潭 411201;湖南科技大学化学化工学院，湘潭411201; 湖南科技大学理论化学与分子模拟省部共建教育部重点实验室，湘潭 411201【正文语种】中文【中图分类】TQ031荧光粉是一种无机光致发光材料，现已成为信息显示、照明光源和光电器件等领域中的支撑材料。
白光LED用橙色发射荧光粉Y3Mg2AlSi2O12∶Ce3的制备研究
白光LED用橙色发射荧光粉Y3Mg2AlSi2O12∶Ce3的制备研究打开文本图片集摘要：采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、激发-发射光谱及反射光谱等手段，研究了以尿素为燃料的溶胶-凝胶燃烧法，制备白光LED用Y3Mg2AlSi2O12∶Ce3+荧光粉过程中的还原温度、Ce3+浓度等因素，对荧光粉结构、形貌和发光性能的影响.比较了溶胶-凝胶燃烧法和高温固相反应法制备的Y3Mg2AlSi2O12∶Ce3+荧光粉的结晶度、形貌和发光性能，并从反应过程对造成两者差异的原因进行了讨论.关键词：Abstract：Keywords：0引言荧光粉转换白光发光二极管（pc-wLED），具有发光效率高、体积小、寿命长、耐冲击等优点，被认为是替代低压Hg放电荧光灯的新一代无汞固体光源，吸引了研究者和产业界越来越多的关注[1-2].目前，主流组装pc-wLEDs的方法是用波长450～470nm蓝光芯片与能被蓝光激发黄光发射的荧光粉的组合.使用的荧光粉最主要的是（YGdLu）3（AlGa）5O12∶Ce3+（简称YAG∶Ce），其具有很高的量子效率，化学和光化学稳定性好，高温下发光衰减也较小[3].YAG∶Ce的发射光谱主要集中在黄绿光区，红橙光部分很少，使YAG∶Ce与蓝光芯片组合得到的wLED的色温较高、显色指数（CRI）较差.为了改善pc-wLED的色温和显色性，需要添加红色发射的荧光粉或者调变YAG∶Ce的发射光谱，增加光谱中橙色或红色的部分[3].在蓝光激发的红色发射荧光粉的早期，主要关注碱土金属硫化物Ca1-xSrxS∶Eu2+.硫化物荧光粉随碱土金属Sr/Ca离子数比例的变化，发光波长在610～650nm之间可调，发光效率也较高，但由于硫化物耐水汽稳定性和化学稳定性差，工作过程中性能衰减严重，限制了其规模化应用[4-5].所以开发化学性质稳定，热猝灭性小，激发光谱与蓝光LED匹配且发光效率较高的红色或橙色发射荧光粉，是解决白光LED色温和显色性的重要课题.红色发射的氮化物荧光粉如M2Si5N8∶Eu2+和（CaSr）AlSiN3∶Eu2+等[6]及CdTe基量子点[7]与非Cd基量子点，如CuInS2和InP等[8]的研究都吸引了较多的关注.氮化物荧光粉已经市场化，他们所用的试剂较贵且合成条件苛刻，成本较高.有人探索通过调变YAG∶Ce荧光粉的发射光谱以增加红色和橙色波段的发射.如Y AG∶Ce中共掺杂Pr也可增强红色部分的光谱强度[9-10].另外，YAG∶Ce的发光源于Ce3+离子的5d除了发射光谱之外，荧光粉的粒度和形貌都会影响其对芯片蓝光的吸收和散射比例，进而对混光形成的wLED的光色和效率有重要影响[14-16].而荧光粉的粒度和形貌与制备过程和条件密切相关，所以，研究制备方法对wLED荧光粉结构和形貌的影响具有重要的意义.1实验部分1.1实验试剂所用原料为：Y2O3（试剂纯度99.99%，上海和利稀土公司），Mg （NO3）2·6H2O（试剂纯度≥99%，国药化学试剂公司），MgO（试剂纯度99.9%，国药化学试剂公司），Al（NO3）3·9H2O（试剂纯度≥99%，国药化学试剂公司），Al2O3（试剂纯度99.9%，重庆同泰粉体科技公司），Ce（NO3）3·6H2O（试剂纯度≥99%，国药化学试剂公司），CeO2（试剂纯度99.99%，上海和利稀土公司）SiO2（试剂纯度≥99%，白炭黑，湖州晶能公司），尿素（试剂纯度≥99%，国药化学试剂公司），HNO3（试剂纯度65%～68%，国药化学试剂公司）.溶胶-凝胶燃烧法制备荧光粉过程如下：先将所需量的Y2O3与HNO3（HNO3指浓硝酸与去离子水按1∶1体积比混合后的稀酸，Y3+与NO3-物质的量比为1∶3）加人250mL石英蒸发皿中，在加热和不断搅拌下Y2O3溶解形成澄清透明溶液.然后依次向石英皿中按化学计量比加入Mg（NO3）2·6H2O、Al（NO3）3·9H2O、Ce（NO3）3·9H2O和SiO2，保持小火微沸，加热搅拌30min，使蒸发一定水分，再加入两倍于理论用量的尿素（NO3-与尿素的总物质的量之比为1.2∶1）[17].在不断搅拌下继续小火加热约5min，此时变成了粘稠半透明凝胶状前驱体.将盛有前驱体的石英皿放入预先升温至800℃的马弗炉中，很快观察到前驱体沸腾、变干并发生燃烧反应，形成火焰并产生大量红棕色气体，整个过程约3min，生成疏松白色产物.冷却后将该产物在研钵中充分研磨破碎，装入刚玉坩埚并压实后在管式炉中用不同温度还原6h，还原气氛为N2-H2（H2体积分数为10%），还原气氛中冷却到室温后得到产物.高温固相反应法制备荧光粉步骤如下：按化学计量比分别称取Y2O3、MgO、Al2O3、CeO2、SiO2原料，在研钵中研磨2h确保原料均匀混合.将反应混合物转移至刚玉坩锅并压实.首先在马弗炉中空气气氛下1500℃焙烧6h，冷却后取出破碎，再在还原炉中1530℃还原6h，还原气氛中冷却到室温后得到产物.1.2实验仪器荧光粉的物相结构采用德国BrukerAXSD8advanceX射线衍射（XRD）仪来测定.使用Cu靶，管电压为40kV，管电流为30mA，扫描速度为1.5（°）·min-1；荧光粉的激发-发射光谱是用Varian公司CaryEclipse光谱仪室温测试；荧光粉的颗粒形貌使用PhilipsXL30型扫描电子显微镜（SEM）进行分析；荧光粉的紫外-可见光漫反射光谱（UV-VisDRS）是在日本岛津公司UV-2450紫外-可见分光光度计上测试，用白色硫酸钡（BaSO4）进行校准，在波长为200～800nm的区域进行测量.2结果与讨论2.1还原温度对荧光粉结构、形貌和发光性能的影响考察了以尿素为燃料的溶胶-凝胶燃烧法制备的前驱体在还原温度1350～1530℃之间变化对荧光粉结构、形貌和发光性能的影响，不同还原温度的保温时间均为6h，其XRD图见图1.从图1可看出，当还原温度为1350℃时，荧光粉中虽然已有石榴石相形成，但衍射峰较宽且强度低，除石榴石的衍射峰外有很多雜相峰.随着还原温度的升高，2θ=33.3°石榴石（420晶面）最强特征峰变窄且强度提高，杂相峰强度逐渐减少，显示荧光粉结晶度随温度提高而改善.当还原温度上升到1530℃时，和石榴石标准图匹配很好的荧光粉已经形成，但2θ=32.3°仍然有微弱的杂相峰，可归属为Y4MgSi3O13（PDF#48-1628）.由于还原炉温量程限制，没有继续升高还原温度.推测杂相的生成可能由于Si4+-Mg2+离子对替代YAG∶Ce中Al3+引起体系中组分增多及Si-Mg物种和Al物种反应活性不同造成.文献报道，用正硅酸乙酯为硅源的溶胶-凝胶法[18]及以纳米SiO2为硅源、三羟甲基氨基甲烷H2NC（CH2OH）3为还原剂的溶胶-凝胶燃烧法[19-20]合成Y3Mg2AlSi2O12∶Ce荧光粉过程中，还原温度为1550℃时荧光粉中仍然有杂相存在.为了验证这一点，采用溶胶-凝胶燃烧法还原温度为1530℃合成了YAG∶Ce及分别用1mol和2molSi4+-Mg2+离子对替代Al3+的Y3MgxAl5-2xSixO12∶Ce荧光粉，其XRD图如图2所示.可以看出，随着体系中Si-Mg取代Al的量增加，杂相衍射峰的强度也增加，而Y3Al5O12∶Ce没有杂相.还原后的荧光粉成品自然光下，体色呈橙色，随着还原温度的上升，体色逐渐加深.图3为不同还原温度制备荧光粉的SEM图.可以看出，还原温度为1350℃时，荧光粉为粒度较小、粒度分布较宽、表面粗糙的不规则颗粒；随着还原温度的升高，荧光粉的粒度不断长大，均匀性及表面平整度改善.当还原温度为1530℃时，荧光粉为表面光滑的、粒度大小为5～10μm的椭球或类球形颗粒.图4是不同还原温度制备的Y2.94Mg2AlSi2O12∶Ce0.06的发射光谱.激发光谱测试（图没有列出）表明，荧光粉在波长435～535nm之间有一个很强的激发峰，最大值在482nm.从图4可以看到，在482nm蓝光的激发下，荧光粉的发射光谱为波长在500～700nm区间的一个很宽的峰.随着还原温度的升高，发射峰值波长由589nm （1350℃）红移到594nm（1530℃），发射峰强度随着还原温度的提高也是不断增大.因此认为还原温度提高引起发射峰的红移，并与荧光粉结晶程度的改善有关.随着结晶度的提高，Ce3+受到的晶场强度会增加，5d轨道分裂能增大，因而发光红移.而发光强度的提高除了由于荧光粉的结晶程度改善，缺陷减少外，还与荧光粉粒度长大和表面粗糙度提高有关，因为粒度长大和表面缺陷减少都会使荧光粉对入射蓝光的散射率减少，吸收率提高，因而使发光强度相应提高.2.2Ce3+掺杂浓度对荧光粉性质的影响使用溶胶-凝胶燃烧法制备前驱体，还原温度为1530℃制备了Y3-xMg2AlSi2O12∶Cex3+（x=0.015，0.030，0.045，0.060，0.075）荧光粉.还原后荧光粉的体色随着掺杂Ce3+浓度的提高逐渐加深.XRD研究显示，在研究的范围内Ce3+浓度的改变对荧光粉晶相结构的影响很小，没有检测到CeO2晶相，说明Ce3+很好地进入了荧光粉的石榴石型结构中.圖5是不同Ce3+掺杂浓度下Y3-xMg2AlSi2O12∶Cex的紫外-可见光漫反射图谱.从图5中可以看到，Y3-xMg2AlSi2O12∶Cex荧光粉在波长300～350nm及420～540nm有两个宽的吸收峰，最强的吸收峰波长为480nm.这些吸收峰都是由于Ce3+的4f-5d跃迁引起.由于5d轨道很容易受到Y3Mg2AlSi2O12晶体场影响，因此被劈裂为不同光谱支项[18].从吸收强度可以看出，随着荧光粉中Ce3+浓度的上升，吸收强度逐渐增大，这也验证了Ce3+都进入格位.图6为不同Ce3+掺杂浓度荧光粉的发射光谱图.从中可以发现，随着Ce3+掺杂浓度从x=0.015的上升逐渐上升到x=0.045，发光强度也相应增强，当x=0.045时达到最高峰.而当Ce3+浓度进一步上升时，由于浓度淬灭作用，发光强度反而下降.从发射峰的位置看，随着Ce3+掺杂浓度的提高，发射峰逐渐发生红移.当x=0.015时发射峰值波长为587nm，当x=0.075时峰值波长变为595nm.发射波长随着Ce3+浓度提高而发生红移的原因，一方面是由于Ce3+的自吸收，比较图5和图6可以看出，Ce3+的吸收光谱和发射光谱有部分重叠，所以随着Ce3+浓度发射光谱中的高能部分（短波）会被吸收，因而造成红移；另一方面，随着Ce3+浓度提高，不同格位Ce3+之间的能量传递也会引起发射光谱的红移[5].2.3合成方法对荧光粉性质的影响分别采用溶胶-凝胶燃烧法和高温固相反应法制备了Y2.955Mg2AlSi2O12∶Ce0.045荧光粉前驱体，在相同的还原条件下进行了还原，研究了制备方法对荧光粉结构、形貌和发光性能的影响.图7为不同方法合成的Y2.955Mg2AlSi2O12∶Ce0.045XRD图.从图7可以看到，和溶胶-凝胶燃烧法相比，高温固相反应法合成的Y2.955Mg2AlSi2O12∶Ce0.045荧光粉杂相峰强度略高一些，同时特征衍射峰强度也不及溶胶-凝胶燃烧法制备样品的高.这可能是由于在溶胶-凝胶燃烧法制备过程中，各个成分在溶液体系中均匀混合，形成凝胶粒子较细，燃烧反应中尽管时间短，但是温度高，因而结晶较好；而高温固相反应法合成过程中，原料是氧化物粉末，混料依靠研磨过程.虽然研磨时间长达2h，但是不同原料的粒度大小及分布不同，其原料混合物的分散均匀性并不如溶液体系好，所以造成荧光粉结晶度比溶胶-凝胶燃烧法要低一些.图8为溶胶-凝胶燃烧法和高温固相法制备的荧光粉的SEM图.从图8可以看出，高温固相法制备的荧光粉为棱角分明的不规则块状颗粒，且表面粗糙，粒度在10～15μm之间.而溶胶-凝胶燃烧法合成的荧光粉为表面平滑的、粒度相对较小的颗粒.主要因为固相反应过程中荧光粉烧结严重，所以中间需手工机械破碎，因而造成粒度不规则且较粗；而溶胶-凝胶燃烧法制备过程中粒子由溶液成核生成，且燃烧反应中产生的气体防止了粒子的粘连烧结，因而粒子较小；由于小粒子表面能高，因而还原中容易形成表面平滑的粒子.图9为溶胶-凝胶燃烧法和高温固相法合成的Y2.955Mg2AlSi2O12∶Ce0.045荧光粉在482nm蓝光激发下的发射光谱图.从图9可以看出，溶胶-凝胶燃烧法制备的荧光粉的发光强度比高温固相法合成的荧光粉的明显高.这可能是由于溶胶凝胶法制备的荧光粉具有较好的结晶度和平滑的表面形貌共同作用的结果，因为结晶度的提高会减少晶体缺陷，提高荧光粉的发光效率，而形貌的改善会减少荧光粉对激发源蓝光的散射率，提高对激发光的吸收率，因而发光强度也会提高.3结论通过X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、激发和发射光谱、扫面电镜等手段研究了以尿素为燃料的溶胶-凝胶燃烧法制备Y3-xMg2AlSi2O12∶Cex荧光粉过程中还原温度、Ce3+浓度等因素对荧光粉结构、形貌和发光性质的影响，并比较了溶胶-凝胶燃烧法和高温固相反应法合成荧光粉的性能，可得到如下结论：尿素为燃料的溶胶-凝胶燃烧法合成的Y3-xMg2AlSi2O12∶Cex前驱体1350℃还原后已有石榴石相生成；随着还原温度的提高，荧光粉的结晶度会提高，粒度长大，表面平滑度也会改善.由于Si4+-Mg2+离子对取代Al3+引起体系物料组分增多及SiO2与Al2O3的不同反应活性，纯相石榴石Y3-xMg2AlSi2O12∶Cex荧光粉比YAG∶Ce更难合成；随着Ce3+浓度的提高，荧光粉的发射波长发生红移.当Ce3+掺杂浓度大于0.045时发生浓度猝灭.比较合成方法发现，高温固相反应法制得的荧光粉结晶程度和颗粒形貌及表面光滑度不及溶胶-凝胶燃烧法的产品，因而尽管粒度大一些，用高温固相反应法制备的荧光粉发光强度不及组成相同的溶胶-凝胶法的样品.。