1、無機發光材料及半導體照明無機發光材料及半導體照明姓名：劉盼盼學號：103115304一、 引言二、 半導體照明三、 無機發光材料四、 無機發光材料的制備方法五、 稀土摻雜的無機發光材料一、引言一、引言 白熾燈：光效較低，而且壽命短，易損壞光效較低，而且壽命短，易損壞。 熒光燈：較白熾燈可以省電，但光效不高，存在電較白熾燈可以省電，但光效不高，存在電 磁污染、使用壽命短、易碎等缺點，其主要組成部磁污染、使用壽命短、易碎等缺點，其主要組成部分汞還會造成環境污染分汞還會造成環境污染。 hid（高強度氣體放電）燈：光效難提高，成本高、光效難提高，成本高、維護困難、壽命短、電磁輻射維護困難、壽命短、電磁

2、輻射。 近幾十年來，科研工作者提出新型光源要符合三個條件：高效、節能；材料對環境無害；模擬自然光，高效、節能；材料對環境無害；模擬自然光，顯色指數接近顯色指數接近100。二、半導體照明二、半導體照明 半導體照明就是將p型半導體與n型半導體結合，通過空穴與電子的復合產生激子進而激子躍遷發光。發光二極管led是一種可以將電能轉化為光能的固體半導體發光器件。無機發光材料可以與當今固體半導體照明匹配而產生白光。半導體發光原理示意圖半導體發光原理示意圖 無機發光材料基質摻雜物激活劑電荷補償劑等共激活劑敏化劑三、無機發光材料三、無機發光材料 （1）組成）組成基質 基質基質是熒光粉的主要組成部分主要組成部分

3、，主要起禁錮激活離子或吸收能量的作用。由于基質中結構和化學鍵的不同，對基質中特定發光中心的晶體場環境也不同，可以使某些發光躍遷增強或減弱，還可以使某些發光躍遷產生劈裂。因此，基質對熒光材料基質對熒光材料的發光性能有重要的影響的發光性能有重要的影響。 激活劑 激活劑在熒光粉中的含量非常少，一般只占熒光粉體系的萬分之幾到百分之幾，但激活劑在熒光粉的發光中起著決定性作激活劑在熒光粉的發光中起著決定性作用用。熒光粉中可能只有一種激活離子，也有可能存在兩種或多種激活離子。對于只有一種激活離子的熒光粉，激活離子作為激活離子作為發光中心存在發光中心存在，它與基質晶格或同離子之間發生能量傳遞。敏化劑 對于有多

4、激活離子的熒光粉，有的激活離子并不能起到發光 中心的作用，但它可可以將自己吸收的能量傳遞給發光中心，改以將自己吸收的能量傳遞給發光中心，改善熒光粉的發光強度和余輝時間善熒光粉的發光強度和余輝時間；這種激活離子稱為敏化劑。激活劑激活劑并不是在所有的基質中都可并不是在所有的基質中都可以作為發光中心，以作為發光中心，只是相對于某種發只是相對于某種發光基質而言的光基質而言的；敏化劑敏化劑并不是對所有并不是對所有的激活劑具有敏化作用，也的激活劑具有敏化作用，也只是相對只是相對于某種基質中的某種激活劑而言的于某種基質中的某種激活劑而言的。電荷補償劑 由于離子電荷數存在差異，激活離子進激活離子進入基質晶格后

5、可能會引起電荷的增加后減入基質晶格后可能會引起電荷的增加后減少，并產生電荷缺陷少，并產生電荷缺陷。為了補償激活離子進入基質晶格所引起的電荷變化，以有利于激活離子進入基質晶格和不影響激活離子的發光性能，常常在基質晶格中引入電常常在基質晶格中引入電荷補償劑荷補償劑。例如在鈦酸鹽基質熒光材料中，常用的電荷補償劑一般為堿金屬陽離子和鋁離子等。 目前正在研究的無機發光材料的基質可以分為：硫化物體系、氧化物體系、硫氧化物體系、釩酸鹽體系、鈦酸鹽體系、硅酸鹽體系、鉬酸鹽體系等。四、無機發光材料的制備方法四、無機發光材料的制備方法 常用的制備方法有固相合成法、溶膠-凝膠法、水熱和溶劑熱法、微波法、燃燒法、沉淀

6、法等。1、溶膠-凝膠法 溶膠-凝膠法是一種新興的濕化學合成方法，用于各種發光材料的合成當中，而且此法制備的新型或改良的發光材料有的已成功用在光學設備上 。 可分為水溶液溶膠-凝膠法（溶膠的形成溶膠的形成主要由金屬陽離子的水解來完成主要由金屬陽離子的水解來完成）和醇鹽溶膠-凝膠法（醇鹽水解和聚合醇鹽水解和聚合）。 產品的均勻性好，使激活離子能夠均勻地分布在基質晶格中，有利于尋找發光體發光最強時激活離子的最低濃度。 燒結溫度比高溫固相反應溫度低，同時燒前已部分形成凝膠，具有大的表面積利于產物生成 。 產品的純度高，且溶劑在處理過程中易被除去。反應過程及凝膠的微觀結構都易于控制，大大減少了支反應的進

7、行 。 使帶狀發射峰窄化，同時提高發光體的相對發光 強度和相對量子效率。溶膠溶膠-凝膠法與傳統的高溫固相反應相比的優凝膠法與傳統的高溫固相反應相比的優點點： 趙文卿等采用溶膠凝膠法制備出了 y3al5o12 ：ce3+黃色熒光粉。 制備的熒光粉樣晶體結構為釔鋁石榴石結構，合成過程的晶化溫度為900 ，而傳統的高溫固相合成法 (1400 以上)。 經過掃描電鏡的測試，可以看出樣品顆粒非常細小，平均粒徑可達到5m,優于市售的熒光粉。 制備的 yag黃色熒光粉，激發光譜為雙峰結構，在近紫外340nm有一激發峰，在可見光區有一最大激發峰位于455nm處。其發射光譜為在可見光區的寬譜，最強發射峰位于53

8、0nm。制備舉例2、水熱和溶劑熱法水熱合成指在一定溫度(1001 000)和一定壓力下(10100mpa)利用溶液中物質的化學反應所進行的合成。,如果溶劑中含有液態有機物或完全以有機物作為溶劑稱為溶劑熱。水熱法是一種高效的發光材料合成方法，它主要有合成溫合成溫度低、條件溫和、含氧量小、缺陷不明顯、體系穩定度低、條件溫和、含氧量小、缺陷不明顯、體系穩定等優點。水熱法的缺點在于它只適用于氧化物材料或對水不敏感材它只適用于氧化物材料或對水不敏感材料的制備和處理料的制備和處理 , ,而一些對水敏感而一些對水敏感( (水解、分解、不穩定水解、分解、不穩定體系體系) )的材料的材料 , ,水熱法就不適用了

9、水熱法就不適用了。制備舉例一制備舉例一 羅昔賢等采用高溫水熱法合成了粒徑約50nm的zns:ag x射線發光材料，該納米粒子大部分呈無團聚的近似球形顆粒，在水或酒精中分散良好。水熱處理的zns：ag樣品激發光譜峰值在347nm，與水熱處理的前驅體溶膠相比，位于335nm 和387nm的激發峰消失；監控347nm激發，有490nm的藍綠色發射，同時在470nm和533nm處有兩個肩峰。光致發光和光致發光和x x射線發光強射線發光強度有較大幅度的提高度有較大幅度的提高。 衍射峰的寬化和強烈的背底說明樣品為納米晶粒，在50 沉淀的樣品比25 和80沉淀的樣品有更寬的衍射蜂，說明在50沉淀的樣品粒度更

10、細。透射電鏡顯示大多數粒子為近似球形。稀土摻雜無機發光材料 稀土元素的原子具有未充滿的受到外界屏蔽的4f5d電子組態，因此有豐富的電子能級和長壽命激發態，可以產生多種的輻射吸收的發射，構成廣泛的發光和激發材料。稀土化合物的發光基于稀土化合物的發光基于它們的它們的4f電子在電子在f-f組態之間或組態之間或f-d組態之間的躍遷。組態之間的躍遷。 具有未充滿的4f殼層的稀土原子或離子的發射從紫外光、可見光到紅外光區的各種波長的電磁輻射。 稀土離子豐富的能級和4f電子躍遷性能，使稀土成為巨大的發光寶庫。稀土摻雜的無機發光材料舉例 一例一例：楊志平等用采用固法在較低溫度下合成了eu 激活的cassio c12高亮度藍白色發光材料。發現：改變eu 濃度，可以使樣品的發光在藍白色和綠白色之間變化。當eu 濃度為0005 mol 時，樣品呈現很亮的藍白色發光。casio c1：eu“可被ingan管芯產生的近紫外輻射有效激發，是一種性能良好的