掺杂钇铝石榴石荧光粉及其荧光特性

YAG:Ce3+荧光粉的高温固相合成及发光性能摘要主要介绍了YAG：Ce3+荧光粉制备技术的现状，叙述了目前制备中用的较多溶胶-凝胶法、沉淀法、燃烧法、固相法等几种方法的进展，并进行优缺点的比较。

并采用高温固相法合成Y3-x Al5O12:xCe3+（x=0.05~0.9）荧光粉,研究了Ce3+浓度、助燃剂、灼烧温度、灼烧时间等对样品发光性能的影响。

结果表明，以Al(OH)3为原料，采用氟化物助熔剂可以获得颗粒细小均匀的荧光粉，最佳掺杂Ce3+的浓度及烧结温度分别为2%和1400℃；此外，发射波长有红移现象，此更符合现代固态照明对色度的需要，研究结果对荧光粉的生产具有一定意义。

关键词：YAG：Ce3+；荧光粉；制备；高温固相合成法；LEDHigh-temperature Solid State Reaction Method and Characterization of YAG：Ce3+ PhosphorAbstractThe progress of preparation for YAG：Ce3+ phosphor is summarized systemically. Several prevalent methods used for production of YAG：Ce3+phosphor, such as sol-gel method, precipitation method, solid-state method and combustion synthesis are introduced in detail and their advantages and disadvantages are pointed out. The Y3-x Al5O12:xCe3+（x=0.05~0.9）phosphor was synthesized by high-temperature solid state reaction method. The influence of Ce3+ contents, various fluoride fluxing agents, sintering temperature and sintering time on the luminescence properties of the samples were investigated. The results indicated that phosphor sample with uniform particle size were obtained with as the starting material and some fluorides fluxing agents. Furthermore, the optimal concentration of Ce3+ and the optimal sintering temperature were found to be 2% and 1400℃, respectively. In addition, the emission wavelength shifted to the red direction, which would meet the solid-state white lighting requirements of chromaticity. The results are significant to the production of phosphors.Key words: YAG：Ce3+；phosphors；preparation；high-temperature solid state reaction method；LED目录1 引言 (1)2 YAG：Ce3+荧光粉的制备方法 (2)2.1 高温固相法 (2)2.2溶胶-凝胶法 (3)2.3沉淀法 (3)2.4燃烧法 (3)3 各种制备方法的优缺点对比 (4)4 结果与讨论 (5)4.1 Ce3+掺杂量对样品发光性能的影响 (5)4.2 灼烧温度和时间对样品发光性能的影响 (5)4.3 结论 (6)5 白光用YAG：Ce3+荧光粉展望 (7)参考文献1 引言1964年Geusic等发现了钇铝石榴石（Yttrium aluminum garnet，Y3A15O12，YAG）晶,其特殊的激光光学性质引起了科学家们的广泛兴趣。

实验5 Y3Al5O12:Ce3+荧光粉的合成及其发光性能研究一．实验目的1．了解无机荧光材料相关知识。

2．掌握共沉淀合成稀土发光材料的方法。

3．掌握激发光谱与发射光谱的区别。

4．了解荧光分光光度计基本工作原理。

二．实验原理1. 发光相关概念当某种物质受到诸如光、外加电场或者电子束轰击等激发后，只要该物质不会因此而发生化学变化，它总要回复到原来的平衡状态。

在这个过程中，一部分多余的能量会通过热或者光的形式释放出来。

如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的，就称这种现象为发光。

各种发光现象可按被激发方式的不同分为如下几类：光致发光、电致发光、阴极射线发光、X射线及高能粒子发光、化学发光、生物发光等。

光致发光(photoluminescence)主要是利用光(紫外或者真空紫外波段)激发发光体引起的发光现象。

它大致经过吸收、能量传递及光发射三个阶段。

光的吸收和发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。

而能量传递则是由于激发态的运动。

无机发光材料是由作为材料主体的化合物（基质）和掺入特定的少量作为发光中心的杂质离子（激活剂）所组成，激活剂对基质起激活作用，并形成发光中心，其占基质含量的0.01-0.1%。

有的材料中还掺入另一种杂质离子作为传递辐射能的中介体（敏化剂）。

敏化剂可以有效地吸收激发能量并把它传递给激活剂，提到发光效率。

新型稀土功能材料的研制和应用，近年来发展很快。

由于稀土元素原子外层电子构型相同，离子半径接近，因而化学性质也很相似。

但是由于内层4f 轨道未充满，与4f电子行为有关，各个稀土离子又显示出若干物理特性。

利用稀土的这些特点，已经研制出了若干新型材料，在科学技术各个领域中已广泛使用。

特别是稀土发光材料,在我们的生活中获得了极为广泛的应用。

目前，稀土发光材料主要用于彩电显像管、计算机显示器、照明、医疗设备、稀土三基色荧光灯、PDP显示屏等方面。

2. Y3Al5O12 :Ce3 +简介本实验所合成的铈掺杂的铝酸钇(YAG)，是应用较广的一种稀土发光材料，它是石榴石晶体结构。

旭兆LED荧光粉产品规格书(XZ-Y03B)简介XZ-Y03B产品是厦门旭兆光电科技有限公司自主研制的LED白光专用荧光粉，同市面上同类产品相比，具有亮度高、热稳定性好、安全环保的特点，适用于白光LED的封装，可显著提升白光LED成品的品质。

产品特性1、产品形貌：黄色结晶粉末。

2、化学成份：YAG（钇铝石榴石型稀土化合物（不含硫））。

3、化学稳定性：遇水稳定，在- 50到300 ℃环境中不分解，不变质。

4、安全性能：符合欧盟RoHS标准，不含任何放射性物质，无毒，不会对人体产生危害，不会污染环境。

产品性能指标1、产品编号：XZ-Y03B2、激发波长（适用芯片波长）/ nm：460 - 4653、发射波长（发光主峰波长）/ nm： 561 ± 54、中心粒径D50 / μm：8 ± 0.55、色品坐标：x = 0.450 ± 0.002，y = 0.534 ± 0.002使用方法将本品和LED硅胶或环氧树脂胶水按特定比例混合均匀（具体的调节量可根据客户的要求自行调节）；经过脱泡处理后点涂到芯片表面，经过固化等工序完成白光LED的封装。

用途1、本品可直接点涂于蓝光芯片封装正白光LED，可参考弘大432型或英特美YAG-01型荧光粉的使用方法。

2、可在本产品中加入粉红色荧光粉搭配使用，以达到调节白光LED的色温并改善显色性的效果，用于封装高显色性或低色温的白光LED。

注意事项1、新购或放置一段时间的荧光粉，在使用前应检查其干湿度。

如发现产品有受潮，可于使用前在120 ℃烘箱干燥20 - 30分钟，去除荧光粉表面的吸附水。

2、包装：标准包装为100 g / 瓶；也可按客户要求包装。

3、运输：防止机械碰撞，挤压；保持包装完整，防止受潮。

4、贮存：荧光粉请保持干燥，勿曝露在过度潮湿的地方，以免积聚结块；未能一次使用完的荧光粉应注意密封保存；保管及打开容器时须注意不要洒出，万一不慎洒出时，请用扫或舀取等方法处理，或依情况采用吸尘器回收至适当地方，切勿倒入排水沟或丢置在地面上，请依一般废弃物处理。

YAG荧光粉特征1．体色从黄绿到橙黄可调；2．发光亮度高于市场同类产品5-8%；3．发射主峰从530 nm – 575 nm可调，激发波长从440 nm – 475 nm可调；4．发射谱带窄，X色坐标值高；5．中值粒度大小 (D50) 从5 um – 17um可调，颗粒分布系数0.5；6．球形颗粒形貌，结晶好；7．颗粒无团聚，分散性好；8．热猝灭小，200 0C时发光亮度为初始的90%。

品名YAG荧光粉化学组成（Y1-x Gd x）3Al5O12:Ce密度 4.3g/cm3发光Br ≥ 100x 0.400~0.440 y 0.545~0.580粒度d50 (µm) 5.0~15.0产品说明1)样品适用于450 ~ 470nm的蓝光芯片激发；2)样品发射波长在535~565nm 。

制作白光LED的方法之一，是在蓝光LED芯片外面涂覆荧光粉。

具体的工艺是将发射光的波长主峰在450~470nm范围内的蓝光LED芯片焊好后，在其表面涂覆稀土钇铝石榴石（YAG）系列荧光粉。

这种荧光粉在蓝光辐射下会发射黄光，这样，部分蓝光转变成黄光，和剩余的蓝光混合而形成白光LED。

由于稀土钇铝石榴石荧光粉有两个特点：一是它的发射光的波长主峰在500~580nm 范围内，即黄光区域的任意位置；二是它的最佳激发波长在430~480nm范围内的不同位置。

因此，选用该系列荧光粉加上配有不同波长蓝光的LED，就可以制备不同色温的白光LED。

1996年7月29日，日亚化学公司在日本最早申报的白光LED的发明专利就是在蓝光LED芯片上涂覆YAG黄色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉被激活后发出的黄光互补而形成白光。

实际上，YAG荧光粉在20世纪70年代时就有许多人研究，当时主要应用在飞点扫描仪上，主要是利用Ce+3的发光具有超短余辉的特点。

1999年，我国的有关单位在YAG荧光粉基础上进行了改进，制备出一系列具有不同发射主峰波长（520~560nm）的黄色荧光粉，并成功地应用于蓝光激发的白光LED。

LuAG ：Mn,Sm 荧光粉体的制备以及发光性能的研究镥铝石榴石的制备，以及锰离子和稀土离子的掺杂，尝试原料配比比例的改变以得到长余辉强度最好的配比方式，分析得到的成品的晶型，相组成，余辉强度以及激发发射光谱图。

第一章长余辉材料的发展与历史1.1 长余辉发光材料体系长余辉发光现象自从20世纪初期被发现以来，已经历经了一个多世纪的发展，截止到大约20世纪90年代，金属硫化物体系的长余辉材料都是性能最为优越的。

1992年左右，铝酸盐长余辉材料的研究取得了重大突破，其较之第一代长余辉发光材料在发光的时间和长度上，以及材料本身的化学稳定性上都有了巨大改善。

再往后发现的硅酸盐材料在蓝色系长余辉的发光上性能明显优于铝酸盐材料，并在化学性质上边线出了更为优异的稳定新特质。

1.1.1 金属硫化物体系金属硫化物体系一直在90年代以前都被认为是性能最为优异的长余辉材料，其分为过渡金属硫化物体系及碱土金属硫化物体系。

过渡金属硫化物体系是最早被人们发现研究的长余辉材料，1866年Sidot在法国首次制备出了黄绿色长余辉发光材料ZnS：Cu2+，在加入Co3+，Er3+作为激活剂激活后可以大大提高其余辉时长，由原先的200min左右提高至500min左右。

但其在紫外线环境下的耐受能力较弱，经长时间照射会出现衰变发黑的现象。

碱土金属硫化物的研究基质主要为CaS，以稀土离子作为激活剂，多为Bi3+Eu2+等。

1.1.2 铝酸盐体系通过稀土元素铕作为激活剂的铝酸盐也是近年研究热点。

铕激活的高效稀土发光材料多表现为短余辉，在1975年首次被发现的MeAl2O4;Eu2+（Me：Ca，Sr，Ba）其发光特征几乎接近ZnS型传统长余辉材料。

1991年铝酸锶铕磷光体被复旦大学的宋庆梅等合成成功，荧光衰减曲线由指数曲线拟合后的快速衰减和非指数衰减的慢速衰减过程组合而成。

1993年松尺隆嗣报道了关于铝酸锶铕的相关长余辉特性，得到其衰减规律I=ct-n（n=1.10）不同时间发光亮度比的高5~10倍，衰减时间在2000min以上仍可达到人眼能够分辨的程度（0.32mcd/m）。

《Cr3+激活石榴石结构近红外荧光粉的发光性能研究》篇一一、引言近年来，近红外荧光粉在众多领域如生物成像、光学通信、太阳能电池等展现出广阔的应用前景。

其中，石榴石结构近红外荧光粉因其良好的光学性能和化学稳定性而备受关注。

石榴石结构中Cr3+离子的激活对近红外荧光粉的发光性能起着关键作用。

因此，研究Cr3+激活石榴石结构近红外荧光粉的发光性能具有重要意义。

本文将深入探讨Cr3+激活石榴石结构近红外荧光粉的发光机制及其性能优化。

二、材料与方法1. 材料本实验采用高纯度石榴石基质材料和Cr3+离子作为激活剂。

所有材料均经过严格筛选和提纯，以确保实验结果的准确性。

2. 方法（1）制备方法：采用高温固相法合成石榴石结构近红外荧光粉。

（2）表征方法：利用X射线衍射仪（XRD）分析样品的晶体结构；采用紫外-可见-近红外分光光度计（UV-Vis-NIR）测试样品的吸收光谱和发射光谱；利用荧光寿命测试仪测量样品的荧光寿命。

三、实验结果与讨论1. 晶体结构分析通过XRD分析，发现合成的石榴石结构近红外荧光粉具有典型的石榴石结构，且Cr3+离子成功激活了该结构。

在石榴石结构中，Cr3+离子占据特定的格位，对近红外发光性能产生重要影响。

2. 发光性能研究（1）吸收光谱和发射光谱：本实验测得样品在近红外区域的吸收和发射光谱。

Cr3+离子的激活使样品在近红外区域具有强烈的吸收和发射，表明其具有良好的近红外发光性能。

（2）荧光寿命：通过荧光寿命测试，发现样品的荧光寿命较长，有利于提高近红外发光的稳定性。

此外，Cr3+离子的引入进一步延长了样品的荧光寿命。

（3）发光机制：Cr3+离子在石榴石结构中的发光机制主要为电子从基态跃迁至激发态，然后通过辐射跃迁回到基态并释放能量。

这一过程受到晶体场的影响，使得样品的发光性能得以优化。

四、性能优化与实际应用1. 性能优化为了进一步提高石榴石结构近红外荧光粉的发光性能，我们尝试了以下优化措施：（1）调整Cr3+离子的掺杂浓度：通过调整Cr3+离子的掺杂浓度，可以优化样品的近红外发光性能。

钇铝石榴石化学式钇铝石榴石（Yttrium Aluminium Garnet，简称YAG）是一种重要的无机晶体材料，其化学式为Y3Al5O12。

下面将对钇铝石榴石的特性、应用以及制备方法进行介绍。

钇铝石榴石是一种具有高熔点、高硬度和优异光学性能的晶体材料。

它具有良好的光学透明性，可在可见光和红外光区域内传播光线，并且具有较低的光学散射。

这使得钇铝石榴石成为一种重要的激光材料和光学器件材料。

此外，它还具有较高的抗辐照性能和化学稳定性，可用于核工业和航天航空等领域。

钇铝石榴石在激光器中的应用非常广泛。

它具有宽的光谱范围，可以发射可见光和红外光，因此被广泛应用于激光切割、激光打标、激光焊接、医疗美容等领域。

此外，由于钇铝石榴石具有较高的抗辐照性能和化学稳定性，还可用于激光核聚变、核物理研究等高能物理实验中。

制备钇铝石榴石的方法有多种。

常见的制备方法包括固相法、熔盐法和溶胶-凝胶法等。

固相法是通过高温烧结方法制备钇铝石榴石晶体，首先将钇氧化物和铝氧化物混合均匀，然后经过高温处理，使其反应生成钇铝石榴石晶体。

熔盐法是将钇氧化物和铝氧化物放入适当的熔盐中，通过高温熔融处理，然后冷却结晶得到钇铝石榴石晶体。

溶胶-凝胶法是将钇和铝的有机盐溶解在适当的溶剂中，形成溶胶，然后通过加热和干燥使其凝胶，最后经过烧结得到钇铝石榴石晶体。

钇铝石榴石的制备方法与材料的性能密切相关。

不同制备方法得到的钇铝石榴石晶体具有不同的晶体结构和性能。

例如，溶胶-凝胶法制备的钇铝石榴石晶体具有较高的纯度、均匀的颗粒分布和细小的晶粒尺寸，因此在光学器件中具有更好的光学性能。

而熔盐法制备的钇铝石榴石晶体则具有较大的晶粒尺寸和较高的抗辐照性能，适用于核工业和高能物理实验等领域。

钇铝石榴石是一种重要的无机晶体材料，具有优异的光学性能和较高的化学稳定性。

它在激光器、光学器件、核工业和高能物理实验等领域有着广泛的应用。

制备钇铝石榴石的方法多种多样，可以根据具体的需求选择合适的制备方法。

第30卷 第2期 无 机 材 料 学 报Vol. 30No. 22015年2月Journal of Inorganic Materials Feb., 2015收稿日期: 2014-05-15; 收到修改稿日期: 2014-06-19 基金项目: 国家自然科学基金 (50990303, 51102040); 教育部科研创新项目(N120610001)National Natural Science Foundation of China (50990303, 51102040); Fundamental Research Funds for the CentralUniversities (Grants N120610001)作者简介: 李金生(1986–), 男, 博士研究生. E-mail: jinsheng1986@ 文章编号: 1000-324X(2015)02-0177-06 DOI: 10.15541/jim20140254硬脂酸盐熔融法合成(Y,Lu)AG:Ce 荧光粉及荧光性能研究李金生, 孙旭东, 李晓东, 刘绍宏, 朱 琦(东北大学 材料各向异性与织构教育部重点实验室, 沈阳 110819)摘 要: 采用硬脂酸盐熔融新方法合成了[(Y 1-x Lu x )1-y Ce y ]3Al 5O 12固溶体荧光粉(x =0~0.5, y =0.005~0.03), 并通过XRD 、SEM 、BET 和PL-PLE 等方法对该荧光粉进行了表征。

结果表明, 纯相石榴石在800℃的低温下即可生成, 而不经过YAM 和YAP 中间相。

煅烧所得[(Y 1-x Lu x )1-y Ce y ]3Al 5O 12 荧光粉具有良好的均一性和分散性, 并在455 nm 蓝光激发下于544 nm 附近呈现最强黄光发射。

粉体的发光强度随煅烧温度升高而增大, 归因于结晶度提高和表面缺陷减少。

发现Ce 3+的荧光猝灭浓度为1.5%, 猝灭机制为Ce-Ce 间的交换相互作用和晶格缺陷。