新型稀土掺杂AlON多形体荧光粉的制备及性质研究

环保问题已经成为世界关注的焦点，关系到人类社会的发展和延续，特别在世界人口第一大国，形式尤为严峻，2013年至2016年发生的大面积雾霾事件就已经为我们敲响了警钟。而环保与能源消耗密切相关，这其中，房屋和商业照明的能源消耗占整体能源消耗的比例约为15%-35%左右。因此，开发高效环保的照明技术也是节能减排的一个很重要的方面。LED照明被称作第三代照明技术，具有很多优点：节能、环保、寿命长等，逐渐走进我们的生活中。现阶段主流是单个LED上芯片涂覆可匹配的荧光粉的白光实现方式。因此，荧光粉在白光LED中起着举足轻重的作用，其发光效率、发光性质和稳定性直接决定着LED器件的性能。氧氮化物就以其优异的发光性能、物理和化学稳定性吸引全世界研究人员的广泛注意，新的白光LED用氧氮化物荧光粉逐渐被开发出来，其在显色性和热稳定性方面拥有很大的优势，逐渐成为光转换材料的研究热点。本课题针对新型的稀土掺杂AlON基质材料（AlN-Al2O3）作为研究对象，从中探索、发现新型高效、稳定的氧氮化物荧光粉。采用高能球磨法，在较低的合成温度下合成了稀土掺杂的AlON基荧光粉，并对其光学性质和结构进行了详细研究。结果表明，在紫外光激发下，此系列荧光粉发出强烈的蓝色光，发光波长在470nm左右。而且荧光粉具有良好的热稳定性，可以作为LED器件或者真空紫外器件中的蓝色光转换材料。并提出了通过能带、晶体结构、表面的修饰，改善发光效率，对提高其他荧光粉的发光效率具有借鉴意义。

氧氮化物荧光粉具有优良的物理和化学稳定性，是白光LED照明中理想的光转换材料。Al2O3-AlN二元体系中含有大量的AlON多形体,而基于这些多形体的荧光材料还未被报道,因此,可望从中发现新型高效、稳定的氧氮化物荧光粉。本项目针对传统高温固相法所具有的合成温度高、产物相不纯等缺点，通过特殊的制备方法-高能球磨法在较低的合成温度下制备出一系列稀土掺杂的AlON多形体荧光粉，研究他们的发光和结构性质，优化高能球磨参数、烧结温度、保温时间、稀土掺杂浓度以及退火工艺。通过分析XRD, PL, EDS、TEM、XAFS等结果，揭示稀土离子在基质中的价态信息和配位环境，并结合第一性原理理论计算进行进一步验证。上述结构信息为进一步提高发光性能提供理论指导。把所得荧光粉涂覆在匹配的LED芯片上，考察荧光粉的实际应用效果。本项目通过实验和理论计算相结合，最终获得基于新型基质的性质优异的氧氮化物荧光粉。

利用化学法制备新型掺杂稀土纳米发光材料及对荧光粉表面的修饰，包覆抗紫外线照射的化合物。探讨样品的合成机理，研究化学组成与样品结构性能的内在关系。利用光谱实验研究样品的光学性能，如：纳米晶的激发、辐射和无辐射过程中，掺杂离子的特征发光性能和发光效率；纳米晶本征电子激发态与掺杂离子电子态的相互作用；影响掺杂离子激发态寿命的各种机制；纳米晶的颗粒大小对这些相互作用的影响。开发新型的发光材料。