PDF《Ca2Si (O4−xNx):Eu2+ 绿色荧光粉的制备及其 发光性能∗》

物理学报Acta Phys.

Sin. Vol. 63, No.

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197801 Ca2Si (O4?xNx):Eu2+ 绿色荧光粉的制备及其 发光性能? 周仁迪 黄雪飞 齐智坚 黄维刚? (四川大学材料科学与工程学院, 成都 610065) (

2014 年4月19 日收到;

2014 年6月5日收到修改稿 ) 利用在Ca-Si-O 干凝胶前驱体中添加Si3N4 的方法于非还原气氛下合成了含N固溶体Ca2Si(O4?xNx):Eu2+ 绿色荧光粉. 通过 X 射线衍射仪、 扫描电子显微镜以及荧光分光光度计分别分析 了产物的物相结构、 颗粒形貌和发光性能. 结果显示, Si3N4 与前驱体的混合物在非还原气氛 (纯氮气) 下于

1100 ? C 焙烧后获得含 N 固溶体 Ca2Si(O4?xNx):Eu2+ 荧光粉, 特别是其中 Eu3+ 被还原为 Eu2+ , 产物的晶 体结构与 β-Ca2SiO4 相一致. Ca2Si(O4?xNx):Eu2+ 能够被 270―400 nm 范围内的紫外线有效激发, 其发射 光谱呈宽带发射. 随着 N 含量的增加, 发射峰出现一定程度红移 (501―504 nm), 而且发光强度显著提高. 当Eu2+ 浓度为 0.25 mol% 时发光强度达最大值, 浓度超过 0.25 mol% 时, 发光强度显著降低, 出现浓度猝灭 效应. 关键词: 白光LED, 荧光粉, 溶胶凝胶法, Si3N4 PACS: 78.55.Cm DOI: 10.7498/aps.63.197801

1 引言近年来, 白光 LED 由于其寿命长、 体积小、 效 率高、 显色性好、 响应快、 绿色环保无污染等优点 被广泛用于城市照明、 电子通讯设备、 汽车等照 明领域, 被称为新一代绿色照明光源 [1?3] . 目前, 白光 LED 主要是通过 LED 芯片与荧光粉组合来 实现, 常用的组合方式有蓝光 LED 芯片与黄色荧 光粉组合;

紫外线或近紫外线 LED 芯片与红蓝绿 三基色或单基质白色荧光粉组合 [4?7] . 白光 LED 用荧光粉的种类繁多, 根据其基质的不同, 主要 有卤化物系、 硫化物系、 铝酸盐系、 硅酸盐以及氮 (氧) 化物系荧光材料, 其中硅酸盐系荧光粉因其 化学稳定性和热稳定性好, 结晶性能及透光性能 优异, 激发波长范围宽 (250―550 nm), 颜色 (绿光, 黄光甚至红光) 丰富而备受人们关注 [8] . 目前, 对Eu3+ 和Eu2+ /Mn2+ 激发的红色硅酸盐荧光粉的 研究较多 (如Zn2SiO4:Eu3+[9] , Sr3SiO5:Eu3+[10] 、 (Ba, Ca)2SiO4:Eu2+ ,Mn2+[11] 等), 关于Eu2+ 激发的绿色硅酸盐荧光粉的研究报道较少(Ca3SiO5:Eu2+[12] , Ca2SiO4:Eu2+[13] 等), 此外对 于Eu2+ 激发的绿色硅酸盐荧光粉制备方法常用高 温固相法, 该方法存在烧结温度高, 反应时间长等 缺点, 同时, 产物需要经过氢气或氨气等还原性气 氛焙烧, 将Eu3+ 还原为 Eu2+ , 存在一定的安全隐 患, 较繁琐. 因此, 为获得晶粒尺寸均匀, 发光性能优异, 制 备方法简单的 Eu2+ 激发的绿色硅酸盐荧光粉, 本 实验采用溶胶凝胶法, Si3N4 粉末作为 N 源和部分 Si源, 在纯氮气氛下焙烧制备含 N 固溶体硅酸盐发 光材料 Ca2Si(O4?xNx):Eu2+ , 并探讨了所得荧光 粉体的晶体结构、 Eu3+ → Eu2+ 的还原机理以及发 光性能与固溶N含量之间的关系. ? 四川省科技支撑项目 (批准号: 2008GZ0173) 资助的课题. ? 通讯作者. E-mail: huangwg56@163.com ?

2014 中国物理学会 Chinese Physical Society http://wulixb.iphy.ac.cn 197801-1 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 63, No.

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197801 2 实验采用溶胶凝胶法制备前驱体, 以硝酸钙(Ca(NO3)2・4H2O)、 硝酸铕(Eu(NO3)3・6H2O)、 正 硅酸乙酯 (TEOS)、 氮化硅 (Si3N4)、 硝酸 (HNO3)、 无水乙醇以及去离子水为原料, 其中氮化硅(Si3N4) 粉体的纯度为 99%, 其余为分析纯. 按照一 定的化学计量比称取原料, 先将 Ca(NO3)2・4H2O 和Eu(NO3)3・6H2O 溶于一定比例无水乙醇和去离 子水的混合溶液中, 搅拌均匀后用稀 HNO3 调节 溶液 pH 至2.5, 然后将上述溶液倒入正硅酸乙酯 中, 搅拌至形成澄清的溶胶. 再将所得溶胶放入