高性能单一基质碱(土)金属正磷酸盐白光荧光材料的合成及发光机理研究

Rare-earth Eu2+and Dy3+ single-doped alkali/alkaline-earth orthophosphate single-phase host white luminescent materials M3-2xN2x(PO4)2(M=Mg2+,Ca2+,Sr2+,Ba2+;N=Li+,Na+,K+) with high efficiency will be synthesized by the hydrothermal method in this project. The main aim of this project is to overcome the drawbacks existing in the conventional tri-color phosphors for white LEDs. In order to satisfy the requirement of fine particle and high efficient for phosphor in the process of LED package, phosphors will be synthesized by hydrothermal synthesis method, supplemented by thermal treatment to prepare the target product. White light emitting will be realized by adjusting the ionic type of M, N and x value, and designing of the host composition, which can optimize the Eu2+and Dy3+ ion energy level structure and clarify the mechanism of white light emission. The affecting mechanism of hydrothermal synthesis conditions on the properties of excitation/emission spectra, quantum efficiency and morphology of materials will be discussed. The change rule of fluorescent material particle size, spectral characteristics, LED luminous efficiency, color rendering characteristics and color temperature will be studied. The ultimate goal of this project is to break the block of foreign patents and prepare a kind of single-phase, white-light-emitting phosphors for ultraviolet excited LEDs with the properties of high color rendering, tunable color temperature, better color stability and higher luminescence efficiency.

本项目制备Eu2+、Dy3+等离子激活的单一基质高性能碱(土)金属正磷酸盐M3-2xN2x(PO4)2(M=Mg2+,Ca2+,Sr2+,Ba2+；N=Li+,Na+,K+)白光荧光材料，用以克服目前通过三基色荧光材料混合实现白光发射的紫外LED存在的缺点。采用水热合成法，并辅以热处理过程制备材料，以满足LED对封装荧光材料颗粒细且高效的要求。通过调节M和N的离子种类以及x值，设计基质组成，优化Eu2+、Dy3+等离子能级结构，实现材料的白光发射，并阐明实现白光发射的机理。揭示水热合成工艺对材料激发/发射光谱、量子效率、形貌等性能影响的机制；研究荧光材料的颗粒度、光谱特性与LED发光效率、显色特性、色温之间的变化规律。最终合成出能够与紫外白光LED相匹配的高显色性、色温可调、光色稳定性好、发光效率高的荧光材料，突破国外专利封锁，为紫外白光LED的研究提供一定的理论基础和技术支撑。

碱(土)金属正磷酸盐具有良好的热稳定性和化学稳定性，在紫外/近紫外区有很好的吸收，发光效率高，且价格低廉、节能环保。因此，其作为荧光材料的基质对新型紫外LED用荧光材料的拓展研究方面具有很大的优势，有着更广阔的应用前景。本项目制备Eu2+、Dy3+等离子激活的单一基质高性能碱(土)金属正磷酸盐M3-xN2x(PO4)2 (M=Mg2+,Ca2+,Sr2+,Ba2+；N=Li+,Na+,K+)白光荧光材料，用以克服目前通过三基色荧光材料混合实现白光发射的紫外LED存在的缺点。.本项目采用水热合成法，并辅以热处理过程制备材料，制备出Eu2+、Dy3+离子单掺的碱(土)金属正磷酸盐。研究了水热合成工艺，稀土离子掺杂浓度、基质组成变化对荧光材料性能的影响。确定了水热合成时pH对样品形貌的影响规律，最佳pH条件为7。样品的最佳热处理温度为1200℃。在Dy3+掺杂的Na2CaMg(PO4)2、Ca3(PO4)2样品中均实现白光发射，荧光材料的色坐标位于白光区域，并阐明实现白光发射的机理。而Eu2+掺杂的样品的发射峰因基质组成及结构的变化出现了红移、蓝移的现象。同时采用Na2CaMg(PO4)2：Dy3+进行了LED器件的封装，研究测试LED器件性能。最终合成出了与紫外白光LED相匹的高效荧光材料，为紫外白光LED的研究提供了一定的理论基础和技术支撑。