稀土掺杂的硅氮化合物的制备、结构调控和发光性能

It is currently needed to develop novel red phosphors for white LEDs. Rare-earth-doped silicon-nitrides have rich structures based on [SiN4] or [(Si,Al)(N,O)4]tetrahedra, which can accommodate various cations and form complicated solid-solutions. These structures can adjust 5d energy levels of rear-earth ions and luminescent features. The research activities are mainly conducted on a study on crystal chemistry and luminescence properties of rare-earth-doped solid-solutions derived from CaAlSiN3 and Sr2Si5N8, as well as their fabrications by the alloy-nitridation method using intermetallic compounds as starting materials. The effects of doping in different crystallographic sites and the experimental conditions on the crystalline environments, excitation/emission band positions and luminescence efficiency will be systematically studied. The research purpose is to develop new phosphor for white LEDs.

目前缺乏综合性能优异的白光LED用红光荧光粉。稀土掺杂的硅氮化合物以[SiN4]或 [(Si,Al)(N,O)4]四面体为骨架，可形成丰富多变的结构类型,以及结构中可容纳多种阳离子形成复杂的固溶体，这为稀土离子发光中心提供了多样化的配位环境，可有效降低稀土离子最低5d能级，相应的激发和发射光谱红移。本项目旨在以CaAlSiN3和Sr2Si5N8结构基础上构筑的复杂固溶体为研究对象，系统研究不同晶体学位置可容纳的元素的种类和含量，以及对稀土配位环境和发光性能的影响。研究金属间化合物作为原料制备硅氮化物的中间反应过程，以及烧结工艺对氮化物晶粒生长的影响规律；协同组分和结构的研究，弄清制备工艺、组分和结构与发光性能的关系，调控源于稀土离子fd跃迁的激发和发射能量位置以及发光效率，满足白光LED用荧光材料的需要。

目前缺乏综合性能优异的白光LED用红光荧光粉。项目提出研究稀土掺杂的硅氮化合物的制备、结构调控和发光性能，满足白光LED用荧光材料的需要。我们完成了计划书中规定的研究内容 ，达到了预期目标，取得的主要成果如下： 1）合成了一系列Ca(Al/Si)2N2(N1-xOx):Eu荧光粉，通过O/N阴离子替代实现了荧光粉的发射峰波长在650~610 nm范围内可调控。证实了O只择优取代结构中桥连两个[SiN4]四面体的N原子，提出Eu2+离子两类配位环境是主导发射光谱形状、发射波长随O含量的移动规律、以及发光强度和波长位置随温度的变化规律的主要原因。2）对于Sr2Si5N8，用AlO+替代SiN+ ，合成了Sr2(SiAl)5(NO)8:Eu荧光粉，证实了O在结构中只取代桥连两个Si原子的N原子。 3）制备了 (Ca1-xLix)0.98(Al1-xSi1+x)N3:0.02Eu2+系列连续固溶体，发现了在化学成分的连续变化过程中，其发射光谱呈现了三个阶段的变化过程，提出了一个局域结构变化模型解释其原因。 4） 制备出了具有良好微观形貌的高性能YAG:Ce3+黄粉，并实现产业化。5）发现Sr2SiO4:Eu的α相和β相对应的发射峰波长在相变点温度附近的移动呈现热滞回线的规律，可作为热致变色材料。6）对基于蓝光芯片的白光LED封装中的光效提升、色度控制、光色空间均匀性、光谱安全性等进行了系统研究。相关研究结果已在SCI收录的学术期刊上发表论文27篇，授权发明专利1项。