共激活剂
敏化剂
电荷补偿剂等
②
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无机发光材料
基质是荧光粉的主要组成部分，主要起禁锢激 活离子或吸收能量的作用。由于基质中结构和化 学键的不同，对基质中特定发光中心的晶体场环 境也不同，可以使某些发光跃迁增强或减弱，还 可以使某些发光跃迁产生劈裂。因此，基质对荧 光材料的发光性能有重要的影响。
②
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无机发光材料
对于有多激活离子的荧光粉，有的激活离子 并不能起到发光 中心的作用，但它可以将自己吸 收的能量传递给发光中心，改善荧光粉的发光强 度和时间，这种激活离子称为敏化剂。
②
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无机发光材料 激活剂并不是在所有的基质中都可以作为发 光中心，只是相对于某种发光基质而言的；敏 化剂并不是对所有的激活剂具有敏化作用，也 只是相对于某种基质中的某种激活剂而言的。
无机发光材料
在基质中共掺杂不同的离子，通过能量传递和 改变它们的含量实现三基色发光并组合白光发射
②
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无机发光材料
文献 CaMg2Al16O27:Mn4+-based Red Phosphor: A Potential Color Converter for High-Powered Warm W-LED（ACS Applied Materials and Interfaces 2014 ）
②
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无机发光材料
由于离子电荷数存在差异，激活离子进入基质 晶格后可能会引起电荷的增加后减少，并产生电 荷缺陷。为了补偿激活离子进入基质晶格所引起 的电荷变化，以有利于激活离子进入基质晶格和 不影响激活离子的发光性能，常常在基质晶格中 引入电荷补偿剂。例如在钛酸盐基质荧光材料中， 常用的电荷补偿剂一般为碱金属阳离子和铝离子 等。
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无机发光材料及其在半导照明中的应用
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① 背景及研究意义
概 要
② 无机发光材料 ③ 半导体照明应用
①
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背景及研究意义
发光二极管LED是一种可以将电能转化 为光能的固体半导体发光器件。无机发光材 料可以与当今固体半导体照明匹配而产生白 光。
②
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无机发光材料 无机发光材料的研究体系
磷酸盐 硅酸盐
体系
氧化物 硫化物
钼酸盐
②
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无机发光材料
常用的制备方法有高温固相合成法、 溶胶-凝胶法、水热和溶剂热法、微波 法、燃烧法、沉淀法等。
②
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文献 Tunable luminescence and energy transfer properties of Ca5(PO4)2SiO4:Ce3+/Tb3+/Mn2+ phosphors（Journal of Materials Chemistry C 2013）
②
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无机发光材料
激活剂在荧光粉中的含量非常少，一般只占荧 光粉体系的万分之几到百分之几，但激活剂在荧 光粉的发光中起着决定性作用。荧光粉中可能只 有一种激活离子，也有可能存在两种或多种激活 离子。对于只有一种激活离子的荧光粉，激活离 子作为发光中心存在，它与基质晶格或同离子之 间发生能量传递。
②
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文献
Hale Waihona Puke 无机发光材料Ce3+到Tb3+离子存在能量传递
随着Tb3+离子量的增加Ce3+离子的寿命衰减减小。这有力的证明 了基质中从Ce3+离子到Tb3+离子存在能量传递，且能量传递效率 逐渐增大。
②
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文献
无机发光材料
Ce3+到Mn2+离子存在能量传递
Mn2+ 的 红 光 发 射 强 度增大而 Ce3+ 的发射强 度减小，反映出 Ce3+ 到 Mn2+ 离 子 之 间 存 在 能 量转移
③
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白光LED
半导体照明应用
方案1 方案2
方案3
③
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LED及芯片发光原理
如图（ B ），当施 加正向电压之后， 电流通过芯片中的 PN 结， P 区的空穴 向N区移动，N区 的电子向 P 区移动， 当电子与空穴复合 时，产生自发射荧 光 ， 组 成 PN 结 的 不同半导体材料导 致了电子与空穴复 合时释放的能量出 现差异，放出的光 的波长不同。
半导体照明应用
如图（A）， 芯片置于反射 碗中，将制备 的不同颜色荧 光粉涂在反射 碗上，芯片发 射的紫外或蓝 光激发荧光粉 发光，从而实 现 LED 器件发 光
A
B
LED及芯片发光原理图
③
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文献
半导体照明应用
CaMg2Al16O27:Mn4+-based Red Phosphor: A Potential Color Converter for High-Powered Warm W-LED（ACS Applied Materials and Interfaces 2014 ）
在 Mn2+ 发射光（ 603nm ）的检测下，得到 的Ce3+, Mn2+ 共掺样品的激发光谱归属于Ce3+ 的激发带，说明 Ce3+ 到 Mn2+ 离子之间可能存 在能量转移
②
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文献
通 过 改 变 Tb3+ 的 量 ， 色 度 坐 标 可 以 从 蓝 色 （0.183,0.133）调节至绿色 （0.318,0.542），通过改变 Mn2+ 的 量 颜 色 可 以 从 蓝 色 （0.183,0.133）调节至橙红 色（0.538,0.287）。因此， 在 CPS 基质中共掺杂 Ce3+ 、 Tb3+ 、Mn2+并适当调节它们 的含量从而得到白光。
CMA:Mn4+ 的激发光谱与 YAG:Ce3+ 的发射光谱重叠 很小，因此，经常发生在氮化物红色荧光粉和 YAG:Ce3+ 黄色荧光粉的光子再吸收现象的风险会大 大减小。
②
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文献
无机发光材料
随温度的增加，光谱的发射强度先增加，温度超过220K后强 度降低。因为低温时非辐射跃迁几率比高温时低，当温度升 高时，计算出的寿命从1.73ms逐渐降低到0.89ms。
①
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与白炽灯和荧光灯相比， LED 具有节能、寿命长、 效率高、亮度大等特点。以节能环保为导向的新型照 明白光LED用发光材料得到了极大的重视。
背景及研究意义
化石燃料
白炽灯、荧光灯
全球20%电能用于照明
②
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无机发光材料
无 机 发 光 材 料
基质
激活剂 掺杂物
随着CMA:Mn4+的量从0%增加到9%，Mn4+组件的红光发射几乎呈现 线性增加。因此，所发出的白光逐渐从冷白光向暖白光转变，CIE坐标 从点（0.312,0.333）向（0.395,0.416）转变
③
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半导体照明应用
以节能环保为导向的新型照明白光 LED用 发光材料得到了极大的重视，相较于传统照明 光源来说，LED具有体积小、耗电低、寿命长、 效率高、亮度和光色可调等优势，可以预见， 在不久的将来，照明或显示用 LED定会在我们 的普通家庭得到重要的应用。
Ce3+到Tb3+离子存在能量传递
无机发光材料
在Tb3+ 发射光（544nm）检测下，Ce3+、 Tb3+ 共掺的激发谱图包含Ce3+、Tb3+ 的 激发峰，意味着Tb3+ 被Ce3+ 激发
Ce3+离子发射强度单调下降，Tb3+离子 的发射强度增强，Ce3+离子为Tb3+离子 发光的敏化剂，可以有效的把能量传递 给Tb3+离子