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蓝光LED用发光微晶玻璃的研制

作　者: 姜斌
导　师: 张金朝
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 白光LED YAG微晶玻璃 稀土离子 发光性能 Ce3+
分类号: TQ171.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


黄色YAG:Ce荧光粉作为白光LED制备中的关键材料,对其的研究具有重要的现实意义和应用前景。本课题采用高温固相熔融法,在弱还原气氛下制备了稀土掺杂的微晶玻璃,以此代替传统白光LED制备中所用的YAG荧光粉。以钇铝石榴石系统作为基础,通过添加一定量的玻璃形成体、碱土金属、晶核剂和掺杂稀土离子确定玻璃配方。通过差热分析(DTA),X射线衍射分析(XRD),扫描电子显微镜(SEM),发射光谱及激发光谱,色度表(CIE)等测试方法,研究了组成、热处理制度、Ce3+/Gd3+的掺杂及浓度等对YAG玻璃析晶性能及热处理后样品的发光性能的影响。结果表明：基础玻璃热处理后能形成含有YAG:Ce相的微晶玻璃,析出的YAG晶相的晶粒分布比较均匀,直径在80-120nm之间。该微晶玻璃能够在蓝光(450nm～470nm)激发下发出黄光,归属于Ce3+的4f→5d能级特征跃迁,并可与蓝光复合形成白光。钇铝石榴石基质玻璃容易析晶,在不添加晶核剂的情况下,也能够在1250℃以上析出单一晶相(YAG相),且晶相不会随着热处理时间的延长而改变。A1203和Y203含量变化对玻璃发光性能有较大影响,在Al2O3/Y2O3=1.5时,样品有最佳的发光性能。而增加Ce3+的浓度,可以增强发光强度,但当Ce3+浓度达到某一值时,继续增加浓度会发生浓度淬灭,致使发光强度的下降。Gd3+和Ce3+共掺杂的YAG的激发和发射光谱图与单掺Ce3+所得到的光谱图形状相似,但峰的强度和最大发射峰的位置会有变化。Gd203的加入并没有改变YAG的晶型结构,但使发光光谱产生了红移；发光强度随Gd203的加入而降低。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-9
前言  9-10
第一章 文献综述  10-25
  1.1 发光材料概述  10-11
    1.1.1 发光定义  10
    1.1.2 物质发光原理  10-11
    1.1.3 发光材料的光致发光原理  11
  1.2 稀土离子的概述  11-15
    1.2.1 稀土元素的电子结构及价态变化  11-13
    1.2.2 稀土离子的能级跃迁及光谱特性  13-14
    1.2.3 稀土离子发光的影响因素  14-15
  1.3 白光LED概述  15-19
    1.3.1 LED的基本结构和发光原理  16-17
    1.3.2 白光LED的实现方式  17-18
    1.3.3 白光LED的技术指标  18-19
    1.3.4 传统荧光粉及封装的白光LED存在的问题  19
  1.4 YAG-Ce荧光微晶玻璃  19-23
    1.4.1 YAG晶体结构及性能  19-21
    1.4.2 YAG:Ce荧光微晶玻璃的研究现状  21-23
  1.5 本课题研究的意义和内容  23-25
    1.5.1 研究意义  23
    1.5.2 研究内容  23-25
第二章 实验  25-32
  2.1 引言  25
  2.2 原料  25
  2.3 主要仪器设备  25-26
  2.4 样品制备  26-29
    2.4.1 玻璃组分设计  26-29
  2.5 样品性能测试  29-32
    2.5.1 差热分析(DTA)  29
    2.5.2 X射线衍射分析(XRD)  29-30
    2.5.3 扫描电子显微镜(SEM)  30
    2.5.4 荧光光谱(激发及发射光谱)  30
    2.5.6 色坐标计算  30-32
第三章 YAG:Ce荧光微晶玻璃的制备及发光特性  32-49
  3.1 引言  32
  3.2 晶核剂对玻璃析晶的影响  32-34
    3.2.1 晶核剂的确定  32-33
    3.2.2 晶核剂对玻璃析晶的影响  33-34
  3.3 热处理温度对YAG微晶玻璃析晶性能及发光性能的影响  34-38
    3.3.1 热处理温度的确立及其对玻璃析晶性能的影响  34-36
    3.3.2 热处理温度对微晶玻璃发光性能的影响  36-38
  3.4 热处理时间对YAG微晶玻璃析晶性能及发光性能的影响  38-41
    3.4.1 热处理时间的确立及其对玻璃析晶性能的影响  38-40
    3.4.2 热处理时间对YAG微晶玻璃发光性能的影响  40-41
  3.5 热处理气氛对微晶玻璃发光性能的影响  41-42
  3.6 YAG:Ce~(3+)微晶玻璃发光性能  42-44
    3.6.1 Ce~(3+)浓度对YAG微晶玻璃发光性能的影响  42-43
    3.6.2 Ce~(3+)浓度对YAG微晶玻璃显色性能的影响  43-44
  3.7 玻璃组成对稀土掺杂YAG微晶玻璃发光性能的影响  44-47
    3.7.1 基础玻璃和微晶玻璃发光性能的对比  44-46
    3.7.2 暗箱紫外下的YAG基础玻璃和微晶玻璃的发光  46
    3.7.3 玻璃组成对稀土掺杂YAG陶瓷玻璃发光性能的影响  46-47
  3.8 本章小结  47-49
第四章 Ce~(3+)/Gd~(3+)稀土离子掺杂的YAG微晶玻璃的发光性能  49-56
  4.1 引言  49-50
  4.2 实验部分  50
    4.2.1 实验原料及实验装置  50
    4.2.2 样品的制备  50
  4.3 实验结果与讨论  50-55
    4.3.1 晶相及形貌的影响  50-52
    4.3.2 YAG:Ce~(3+),Gd~(3+)微晶玻璃荧光体的荧光分析  52-53
    4.3.3 Gd~(3+)对YAG:Ce~(3+),Gd~(3+)发光性能的影响  53-54
    4.3.4 Gd~(3+)的掺杂对色坐标的影响  54-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章 结论与展望  56-58
  5.1 主要结论  56
  5.2 展望  56-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
附录  63

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 玻璃工业 > 基础理论
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