微波碳热还原氮化法制备暖白光LED用La3Si6N11:Ce3+荧光粉体及其光谱特性的调控

氧氮化物/氮化物荧光材料具有广色域、高化学稳定性和低光衰等优点，是当前制备白光LED的一类重要材料体系。La3Si6N11:Ce3+是氮化物荧光材料体系中新近开发出来的用于制备暖白光LED的橙黄色荧光粉体。目前，对其制备方法的优化和光谱性质的有效调控还缺乏系统研究。本项目拟采用微波碳热还原氮化合成技术，制备La3Si6N11:Ce3+荧光粉体，利用微波加热速度快和均匀的特点，获得晶相可控、粒径分布均匀的 La3Si6N11:Ce3+粉体；通过对La位和Si-N进行置换改性，调控Ce3+所处晶格位的配位、共价键性、对称性和晶体场强度等特性，实现其发光性能的优化。本研究试图通过对Ce3+离子周围局部结构的设计和调控，来指导研究新型暖白光LED用La3Si6N11:Ce3+荧光材料，藉此也探索微波合成技术在制备氮化物/氧氮化物荧光粉体中的应用，具有一定的理论意义和实用价值。

La3Si6N11:Ce3+是一新型的很有潜质的应用于白光LED的黄色荧光粉, 为了满足该荧光粉的实际应用，需要对其光谱特性和制备条件进行优化。本研究通过微波法以LaSi、Si3N4及CaF2为原料在1750 oC制备粒径均匀形貌趋于规整的La3Si6N11:Ce3+荧光粉。在该研究中CaF2的最佳添加量为10mol%，对该添加量下制备的样品进行了量子效率及温度特性测试。结果显示，在450 nm波长下测试的该荧光粉的吸收、内部及外部量子效率分别为90%、56%及50%；在150 oC时测试的该荧光粉的发光强度为室温时测试的发光强度的85.3%。此外，我们研究了不同Ce原料来源对于La3Si6N11:Ce3+的相纯度及发光性能的影响。研究发现，添加以CeF3为Ce来源所制备的La3Si6N11:Ce3+荧光粉的相纯度及发光性能较高，导致这一结果的原因可能是CeF3的添加，可作为助溶剂提高反应产物的结晶性，从而导致所制备的荧光粉的发光性能较高。进一步研究不同CeF3掺杂量对于La3Si6N11:Ce3+的发光性能的影响发现，当CeF3的掺杂量为5 mol%时，所制备的La3Si6N11:Ce3+的发光强度最强，进一步提高CeF3的掺杂量，发光强度反而降低。. 为了实现对该荧光粉发光特性的优化，我们通过置换改性，实现对Ce3+离子周围结构的设计，从而优化其发光特性。应用不同金属离子(Ca、Sr、Ba、Mg、Y、Li)取代晶格中的镧位，制备La3Si6N11:Ce3+基固溶体荧光粉，研究发现Ca取代的固溶体样品发光强度较高且发射波长发生蓝移。这是因为Ca的添加，一方面可以促进粉体的结晶性提高发光性能；另一方面降低了Ce3+周围的共价特性，使所制备的荧光粉的发射波长发生蓝移。. 系列研究表明，以LaSi、Si3N4、CeF3及CaF2为原料应用微波法可制备粒径均匀、晶相可控的La3Si6N11:Ce3+荧光粉；通过对Ce3+周围微结构的改变可实现对该荧光粉的发光性能的调控，从而制备可应用于暖白光LED的新型的、表观性能及发光性能优异的La3Si6N11:Ce3+荧光粉，并为微波法制备其他氮化物荧光粉提供了理论借鉴，开辟了一条新型的制备氮化物荧光粉的方法。