離子摻雜YAG材料制備及性能研究調(diào)研報告

1010上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院YAG學(xué)生姓名： 張家倫/學(xué)號：12101411/1210141133專業(yè)：材料物理郭強勝職稱：教授2023年115日名目\l“_TOC_250026“調(diào)研課題 3\l“_TOC_250025“課題的目的和意義 3\l“_TOC_250024“課題目的 3\l“_TOC_250023“課題意義 3\l“_TOC_250022“存在的問題分析和預(yù)解決方法 4\l“_TOC_250021“爭論現(xiàn)狀 6\l“_TOC_250020“制備方法 8\l“_TOC_250019“高溫固相合成法 8\l“_TOC_250018“燃燒合成法 9\l“_TOC_250017“溶膠凝膠法〔高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法〕 10\l“_TOC_250016“溶膠凝膠法流程圖： 11\l“_TOC_250015“沉淀法 12\l“_TOC_250014“①共沉淀法 12\l“_TOC_250013“②均勻沉淀法 13\l“_TOC_250012“氣相法 13\l“_TOC_250011“噴霧熱解發(fā) 13\l“_TOC_250010“水熱熱解法 14\l“_TOC_250009“樣品檢測 14\l“_TOC_250008“XRD晶體衍射測試 14\l“_TOC_250007“掃描電鏡顯微測試 14\l“_TOC_250006“透射電鏡顯微測試 15\l“_TOC_250005“激光粒度測試 15\l“_TOC_250004“能譜測試 15\l“_TOC_250003“熒光光譜測試 15\l“_TOC_250002“耐熱衰減測試 15\l“_TOC_250001“調(diào)研結(jié)論 15\l“_TOC_250000“參考文獻 15調(diào)研課題YAG材料制備及性能爭論課題的目的和意義課題目的YAGCe3+熒光粉被廣泛使用在發(fā)光二極管的發(fā)光照明方面。通常業(yè)化生產(chǎn)，但是還是存在著很多問題。本課題的目的在于摸索合成Ce：YAG材料的可行性，在此根底上摸索不同條件方法制備熒光粉，更優(yōu)化、方法更簡潔、能源消耗更少、相關(guān)性能更好的熒光粉。課題意義半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LightEmittingDiode，LED)器件具有省電、體積小、發(fā)熱量低、壽命長、響應(yīng)快、抗震耐沖、可回收、無污染、可平面封裝、易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點，已廣泛用于交通信號燈、大屏幕顯示屏、背光燈、汽車用燈、特種照明和城市照明等領(lǐng)域，被21世紀最有價值的光源[1-2]LED的發(fā)光類型主要有：(1)LED組合(RGB合成)；紫外光LED芯片或紫外激光二極管(LD)芯片和可被這種紫外光有效激發(fā)而放射紅、綠、藍二基色熒光體有機結(jié)合組成白光LED；ZnSeLED；LED(OLED)；LED(LED芯片＋YAG熒光粉)。封裝材料在紫外光的照耀下簡潔老化、壽命較短，存在紫外泄漏，多芯片本錢較高，ZnSeLEDLED(OLED)目前技術(shù)還不夠成熟，而“藍光LED芯片＋YAG熒光粉”具有構(gòu)造簡潔、本錢較低、制作工藝相對簡潔而且工藝比較成熟，所以在實現(xiàn)白光LED的方式中占有主導(dǎo)地位。[3-4]然而隨著社會的進展和世界各國政策的推動，對大功率白光LED的需要越來越迫切，所以開發(fā)大功率白光LED已經(jīng)成為目前爭論的LED照明的熒光粉材料卻存在下述問題始終未能得到有效解決。存在的問題分析和預(yù)解決方法①LED的光學(xué)均勻性[5-6]致出射光顏色不全都，消滅偏藍光或者偏黃光。由于無法對熒光粉的涂敷厚度和外形進展準確把握，導(dǎo)致出射光顏色不全都，消滅偏藍光或者偏黃光[7]。主要緣由:一方面，由于粉體自身特有的電荷吸引力作用導(dǎo)致的顆粒團聚特性很難有效避開;另一方面，熒光粉與灌封膠的密度不同引起的熒光粉沉淀效應(yīng);這兩方面因素均會導(dǎo)致熒光粉的分布和分散不均勻性。同時，受熒光粉制備工藝和涂覆封裝工藝的影響，目前白光LEDYAG:Ce熒LED色溫全都性差，光色全都性差和顯色指數(shù)不夠抱負問題。②樹脂、硅膠等封裝材料散熱慢，件老化，縮短使用壽命，嚴峻時會導(dǎo)致芯片燒毀，由于熒光粉的物化性能差，隨溫度上升，熒光粉的量子效率降低，出光削減。緣由如下：熒光粉的涂層是有環(huán)氧或其他高分子材料制成，散熱性能差，而大幅度吸取熱量，而不放射光子，導(dǎo)致發(fā)光效率降低。1um1.85，而硅膠折射1.5左右。由于兩者間折射率的不匹配，以及熒光30nm，因而在熒光粉顆粒外表存在光散射，降低了出光效率。解決方法:熒光粉的使用壽命受到外界環(huán)境及熒光粉自身因素的影響。在熒光粉顆粒的外表包覆鋁、硅等無機材料，從而使熒光粉和外界環(huán)境隔離開來，可以有效地削減外界環(huán)境對熒光粉的影[9-10]，延長熒光粉的使用壽命。用這種外表改性的方法實現(xiàn)提高熒光粉的穩(wěn)定性，增加熒光粉在高溫狀態(tài)下照舊保持良好的光譜。③缺少紅光，導(dǎo)致白光的顯色性低，色溫高，很難制備出低色溫，LED遞、轉(zhuǎn)移作用效果微弱，依靠調(diào)整稀土離子的摻雜的方法并不能LED發(fā)光效率下降，而難到達使用指標。而現(xiàn)階段普遍使用的紅色熒光粉為硫化物材料，硫化物熒光粉的最大缺點就是易于潮解、氧化及硫元素析出引起的熒光粉穩(wěn)定性差，光衰減現(xiàn)象比較大。除了硫化物外，硅酸鹽、鋁酸鹽等紅色熒光粉很難到達實際使用的指標?？傊壳凹t色LED進展LED的進展還需解決光譜中紅色LED。[8]Pr3+Eu3+Ce:YAG熒光粉，以增加紅色LED顯色性。本次爭論試圖以試驗為主嘗試解決局部瓶頸問題。爭論現(xiàn)狀，屬于立方晶系，晶格常數(shù)2 5 12是12.005?。一個晶胞中有8個YAlO 分子，其空間構(gòu)造如圖I。從2 5 12圖中可以看出，02-處于八面體和四周體的頂角位置，Al3+的位置有兩種，一種為四周體的中心位置，另一種處于八面體的中心，四周體的Y3+處在這[11]1釔鋁石榴石晶體單胞的八分之一構(gòu)造模型石榴石系列具有在晶體構(gòu)造中可以有較大范圍的陽離子被摻雜置。YAG還具有光學(xué)各向同性，無雙折射效應(yīng)，高溫蠕變小，良好化Ce等稀土離子后，可產(chǎn)生熒光和激光。2090LED從紅色、940-540nm之間，但是高亮LED應(yīng)用。90LED的成功研發(fā)，高效低能耗的LED作為一種很有前景的無污染綠色固體一般照明光源的核心技術(shù)，同時還開發(fā)出了用摻鈰的釔鋁石榴石(黃色熒光粉)來掩蓋藍光LED芯片產(chǎn)生白光光源的技術(shù)。通過鈰激活的釔鋁石榴石LED的藍光復(fù)合便可以放射為止還沒有其他的公司可以超越他們的藍光激發(fā)的白色LED產(chǎn)品。1999年，中國的有研稀土公司制備出了同一系列的不同的主放射峰LED經(jīng)申請國家制造專利。該工作還得到了國家“863打算”的資助，為其白光光源供給了相應(yīng)的熒光材料。由InGaN藍色發(fā)光二極管和YAG:Ce3+黃色熒光粉組成的白色LEDLEDLED的應(yīng)用也不斷涌現(xiàn)，大尺寸液晶電視背光源、汽車、工業(yè)、商業(yè)照明等LED的主要領(lǐng)域。[12]制備方法高溫固相合成法時間較長，生產(chǎn)設(shè)備易于磨損。生產(chǎn)的熒光粉顆粒較粗，硬度較大，易得到單相的立方石榴石構(gòu)造。YAGAL

O,YO,1500℃燒結(jié)。

2 3 2 3或者用Y

分析純)，CeO

1400℃2 3 3 2 3大氣氣氛中燒結(jié)數(shù)小時，在將中間產(chǎn)物粉碎后，在1500℃復(fù)原氣氛[13]燃燒合成法Yen-PeiFu[14]以Al(N0)-9H0、Y(N0)-6H0、Ce(N0)-6H0及33 2 33 2 33 2CO(NH)22YAG:Ce3+黃色熒光粉，通過比照可以覺察，相對于固相法，微波誘導(dǎo)光粉在適當?shù)臏囟认逻€可以通過鍛燒熱處理來提高其放射強度。武秀蘭[15]等人承受低溫自集中燃燒法合成了粒度均勻的)熒CeCe摻雜量變化而發(fā)生變化。溶膠凝膠法〔高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法〕傳統(tǒng)的溶膠-縮聚和枯燥、燒結(jié)等步驟，而現(xiàn)在的溶膠-凝膠法己經(jīng)得到較大規(guī)模的進展，膠凝劑從金屬醇鹽擴展到有機合成劑、大分子網(wǎng)絡(luò)劑等等。PH=5.5的條件下，用仲丁醇為絡(luò)合劑，在80℃下攪拌直至成為凝膠狀。自然在室溫枯燥，在1500YAG粉體。黃色熒光粉，原料為釔、鋁、鈰硝酸鹽的水溶液。在制備過程中，向原料溶液中參與丙烯酞胺單體、N，N-亞甲基雙丙烯酞胺網(wǎng)絡(luò)劑及過硫酸按引發(fā)劑，于80℃聚合獲得凝膠。然后，將制得的凝膠以每分鐘 2℃的升溫速度升至700℃，在此溫度下保溫2h后所得的粉末再經(jīng)900℃鍛燒后，得到最終產(chǎn)品。在熱處理過程中，隨著溫度的上升，熒光粉由無定外形態(tài)直接形成YAG相，從而使得反響溫度大大降低，在900℃的時候就可以獲得完全的YAG相。[16]〔NH〕〔NH〕2SO聚合〔80℃〕N，N-亞甲基雙丙烯酞胺42 8聚丙烯酰胺凝膠ALAL3+,Y3+,Ce3+硝酸鹽丙烯酰胺丙烯酰胺枯燥枯燥煅燒〔1500煅燒〔1500℃〕YAG:Ce3+YAG:Ce3+納米粉體沉淀法沉淀法又可以分為兩種，共沉淀法和均勻沉淀法。共沉淀法[17]主要是用于兩種或兩種以上的金屬元素復(fù)合氧化物。度，最終到達產(chǎn)物的金屬離子比，使得各種組成成分均勻。沉淀以后相比，這種方法能夠制得高純度、化學(xué)均勻性優(yōu)良、成分可控的粉體顆粒。沉淀法除了具備溶膠-凝膠法的優(yōu)點之外，還解決了溶膠-凝膠法的缺乏之處。共沉淀法所用原料均為無機物，本錢較低，且沉淀物易在其易于操作，節(jié)約時間，可通過把握反響物的反響濃度、反響溫度、反響時間等來把握熒光粉的粒度。②均勻沉淀法均勻沉淀法是不添加沉淀劑，使沉淀劑在溶液內(nèi)部生成的方法。在金屬鹽溶液和沉淀劑溶液混合時，很簡潔使局部有高濃度的沉淀(NH0H)，4由于生成的沉淀劑很快就被消耗掉，所以溶液始終都處于低濃度狀態(tài)，因此生成的沉淀純度高，體積小，簡潔過濾和洗凈，故通過把握尿素的水解速度便可制得氫氧化物的微小粒子。氣相法氣相法[19-22]成可控;且合成溫度較固相合成法低，不需要添加助熔劑，從而避開發(fā)光粉的涂敷性能，提高發(fā)光顯示的區(qū)分率。反響爐和收集裝置等等。噴霧熱解發(fā)噴霧熱解法[18]是將與產(chǎn)物成分相應(yīng)的化合物原料配成溶液或者或復(fù)原氣體將氣溶膠狀的霧滴載帶到高溫?zé)峤鉅t中，在確定的時間內(nèi)，霧滴發(fā)生溶劑蒸發(fā)、溶質(zhì)沉淀、枯燥以及熱解反響，先生成疏松的微粒后馬上進展燒結(jié)，生成致密的微米級粉體。1.75MHz4.56mm900℃，氮50.46-1.2um分水熱熱解法質(zhì)。溶劑熱的反響溫度較低，產(chǎn)率高，可以直接得到結(jié)晶較好、粒度分布窄的粉體顆粒，并且其形態(tài)大小可以把握。樣品檢測XRD晶體衍射測試XRDX射線在晶體中的衍射現(xiàn)象來分析材料的晶體構(gòu)造、晶體缺陷、晶格參數(shù)、不同構(gòu)造相的含量及內(nèi)應(yīng)力的方法[23]。掃描電鏡顯微測試熒光粉的形貌承受掃描電子顯微鏡〔SEM〕分析。透射電鏡顯微測試激光粒度測試能譜測試熒光光譜測試耐熱衰減測試調(diào)研結(jié)論20余篇的查閱得出結(jié)論，試驗具有可行性。參考文獻MachRM,MuellerGO.SPIE,2023,3938:30-41etal.NewGenerationGreenIlluminantLEDsandTheirApplicationTechnologyLEDBeijing:Posts&TelecomPress,2023:53-90Quan.Electron.(LiangziDianziXuebao),2023,22(5):673-679ArturasK,PranciskusV,PauliusP,etal.J.Cryst.Growth,2023,304:361-368N.Narendran,Y.Gu,J.P.Freyssinier,H.Yu,L.whiteLEDs.J.Cryst.Growth.,2023,268:449-456.A.Leleckaite,A.Kareiva.Synthesisofgarnetprocessing.OpticalMaterials,2023,26:123一128.Deng.Solid-statelightingfailureanalysisofstructurecompoundsusingaqueoussol-gelJ.McKittrick,L.E.Shea,C.F.Bacalski.Theinfluenceofprocessingparametersonluminescentoxidesproducedbycombustionsynthesis.Displays,1999,19:169-172.YC.Kang,I.WinedLenggoro,SeungBinPark,etal.YAG:Cephosphorparticlespreparedbyultrasonicspraypyrolysis.Mater.Res.Bull.,2023,5:789-798.PARKW,YASUDAK,WAGNERBK,etal.UniformandcontinuousY203coatingonZnSphosphors[J].Mater.Sci.Eng.B，2023,76:122-126.LED用熒光粉的爭論進展[[J].材料導(dǎo)報，202319(9):50-53.[J].硅酸鹽學(xué)報..2023,32(4):485-489[f].材料導(dǎo)報，202320(7):6-9.土學(xué)報，2023,20(6):605-607FuYenpei.PreparationofY3A15012:Cepowdersbymicrowave-inducedcombustionprocessandtheirluminescentproperties[J].JAlloysCompd,2023,414:181金屬材