感应热等离子体制备白光LED用高效荧光粉及其性能研究

白光LED具有能耗少、寿命长、无污染等优点, 因此被认为是取代白炽灯的第四代绿色照明光源，研究具有优异发光效率以及性能稳定的钇铝石榴石（YAG）荧光材料是白光LED实现的关键。目前研究的难点在于如何获得稀土离子分布均匀、球形度高的YAG纳米荧光粉体，实现高质量的荧光。在理论研究方面，纳米尺寸效应以及复合离子掺杂对荧光性能的影响机理并不十分清楚。本项目拟采用感应热等离子体合成技术为制备手段，以各组成元素的盐溶液作为前驱物进行YAG粉体的设计研究。利用热等离子体超高温度和淬冷特性，实现材料结构、形貌的有效控制，获得稀土元素分布均匀、球形度高的荧光粉体。并通过对产物结构与荧光性能的深入研究，揭示纳米量子效应及复合离子共掺对荧光性能的影响机理，推动白光LED的研究发展。

在本项目的研究工作中，我们利用等离子体合成技术，以钇铝石榴石（YAG）各组成元素的硝酸盐溶液作为前驱物，在等离子中进行热解结晶得到具有球形度高、结构均匀、光学性能优异并激发光谱可控的YAG粉体，满足白光LED的应用要求。通过对产物形貌及微观结构的分析，实现稀土均匀可控掺杂和颗粒形貌的协同调控，阐明了产物光学性能的调控规律，建立起等离子体过程中颗粒的生长模型。由于等离子体的强化反应能力，稀土元素的掺杂用量非常少。仅需较少的掺杂含量就可以实现最大的荧光发射强度。相对传统合成方法大大减少了稀土元素的用量，降低了产物的制备成本。例如稀土元素掺杂含量为0.5%的YAG:Ce3+荧光粉在530纳米处实现最大相对强度的激发，非常适合与蓝光芯片配合进行白光输出。并且我们对合成工艺进行了推广，发展出一步法直接制备YAG及其他氧化物量子点的方法。同时我们利用水热法成功得到了不同结构的Y2O3:Eu3+前驱物，并经过煅烧得到了具有高效发光效率荧光材料，有望成为FED 和PDP 红色荧光粉中具有应用潜力的发光材料。最后，我们对实验内容进行了延伸，进行了氢等离子体一步还原制备球形微细钨粉体的基础研究并进行了初步的实验，采用仲钨酸铵为原料，氢等离子体一步还原成功得到了超细的金属钨粉，取得了很好的实验结果，拓展了等离子材料合成领域的推广应用。