鹵化鉀對硫摻雜zno熒光粉性能的影響

1、鹵化鉀對硫摻雜鹵化鉀對硫摻雜ZnO熒光粉性能的影響熒光粉性能的影響李穎毅（南昌大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，南昌330031）摘要：摘要：將ZnS與硫、鹵化鉀等化合物共混，在高溫箱式爐中煅燒，得到了具有硫摻雜ZnO熒光發(fā)射特征的綠色熒光粉。XRD衍射表明合成熒光粉的主晶相為ZnO。研究了混合物配方、助熔劑種類及添加量和煅燒溫度對發(fā)光強度和產(chǎn)物中硫含量的影響，證明助熔劑KX的加入明顯提高了發(fā)光強度，認為X的共摻雜能有效地強化發(fā)光，Cl和Br效果

2、明顯。Cl的效果最佳，K的摻雜有利于VO的形成。灼燒溫度在600~700℃時熒光強度最高，而此時產(chǎn)物中的硫含量較為穩(wěn)定。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：鹵化鉀；ZnO；熒光粉；硫氯共摻中圖分類號：中圖分類號：O482.31O614.33文獻標識碼：文獻標識碼：A文章編號：文章編號：1007754510077545（20122012）0200000002000000EffectofPotassiumHalideonPropertiesofSulfurDop

3、edPhosphBasedZincOxideLIYingyi(SchoolofMaterialsScienceEngineeringNanchangUniversityNanchang330031China)Abstract:ChlidesulfurcodopedZnOphosphwaspreparedbythermaloxidationofzincsulfideundertheassistantofpotassiumchlideina

4、iratmosphere.TheproductswereacterizedwithXRDfluescentspectrum.ThemainphaseofphosphwasZnO.Itwasobservedthatthephotoluminescence(excitationemissionspectra)variedsignificantlywithfluxingagentcalcinationtemperature.Thefluxin

5、gagentKXwasbeneficialtoenhancetheemissionintensityofZnOphosphsespeciallytheKClthebestcalcinationtemperaturewas600~700℃.Thestudyonthephotoluminescence(PL)spectraoftheZnOphosphsrevealedthatthegreenluminescenceintensitydepe

6、ndedonbothZnsitesVowhichwerefmedonthecalcinationsprocessinfluencedgreatlybythecodopingofClS.Keywds:potassiumhalideZnOphosphCodopingofClSZnO是一種直接禁帶半導(dǎo)體，禁帶寬度Eg=3.2eV，具有優(yōu)良的光電性能。人們利用其紫外發(fā)射特性，廣泛開展了紫光二極管和激光二極管的研究[12]。與傳統(tǒng)硫化物熒光粉相比

7、，ZnO還具有耐紫外線和高電導(dǎo)等優(yōu)點[3]，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，將ZnO用作發(fā)光二極管轉(zhuǎn)換材料的研究卻很少。白光二極管是目前全球科技與產(chǎn)業(yè)界競相開發(fā)的節(jié)能固體光源，目前主要采用的是藍光LED芯片YAG：Ce黃色熒光粉的組合方式[46]。目前，ZnO：Zn綠色熒光粉是在還原氣氛中高溫煅燒含鋅化合物來合成的。我們嘗試將ZnS在空氣中直接煅燒來制備硫摻雜ZnO熒光粉，但其熒光強度很弱，只有當將ZnS與鹵化物共混后煅燒才可得到具有強綠色發(fā)

8、射的硫摻雜ZnO熒光粉，而且其激發(fā)光譜與近紫外發(fā)光二極管的光輸出波長相匹配，可望用于白色發(fā)光二極管的制作。1試驗試驗1.1合成合成將ZnS（熒光級）與KX按一定化學(xué)計量比稱量，在瑪瑙研缽中充分研磨后，在高溫箱式爐中于不同溫度下煅燒3h，設(shè)定升溫時間為1h。產(chǎn)物隨爐冷卻，于燒杯中用去離子水洗滌3次，每次洗滌時的液固比約為7∶1，過濾干燥后備用。1.2表征表征熒光粉的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜用F4500熒光光譜儀熒光分析，紫外可見吸收光譜用U33

9、10測定，樣品中的硫含量由HCS－878(A)紅外碳硫分析儀和HF2500高頻感應(yīng)燃燒爐測定，Cl含量由佛爾哈德法測定，產(chǎn)物的物相鑒定和含量分析在D8ADVANCEX射線衍射儀上進行。2結(jié)果與討論結(jié)果與討論2.1助熔劑的量對發(fā)光強度的影響助熔劑的量對發(fā)光強度的影響圖1為ZnS和不同比例KX在600℃灼燒的相對亮度。由圖1可知，助熔劑含量為1%和0.1%，發(fā)光效果不好，助熔劑含量為10%的效果明顯，并且是KCl的效果最好。基金項目基金項目

10、：教育部高校骨干青年教師資助項目(GG430104031970)；南昌大學(xué)“211”重點項目DOIDOI：10.3969j.issn.10077545.2012.02.012圖3ZnO的XRD圖譜圖譜Fig.3XRDpatternofZnO圖3表明，ZnO衍射峰很強。六方晶系ZnO，即纖維鋅礦，含量為92.8%；立方ZnS，即閃鋅礦，含量為4.7%。ZnS在空氣中灼燒，隨著溫度的升高，ZnS既可被氧化成ZnO，又可被分解成Zn和S。2.

11、5溫度對含硫量的影響溫度對含硫量的影響不同溫度下產(chǎn)品的硫含量見表1。表1不同助熔劑在不同溫度下煅燒不同助熔劑在不同溫度下煅燒3h所得所得ZnO的硫含量的硫含量Table1ContentofsulfurinZnOphosphscalcinedatdifferenttemperaturesf3h%溫度℃KFKClKBrKI50024.53625.36126.53127.2316002.0312.5612.1232.0127001.0231.

12、6821.5621.5618000.9861.3211.2311.2349000.8651.0021.0231.02310000.7560.9820.9960.965從表1可知，600℃以下，ZnS分解不全，ZnO形成不足，含硫量很高。700℃以上，硫含量穩(wěn)定。即便是1000℃，硫也未完全分解，穩(wěn)定在1%左右，Cl含量趨于穩(wěn)定在1%。Cl的半徑與S2相近，形成一價的較穩(wěn)定的正電缺陷ClS，可能成為發(fā)光中心。2.6助熔劑種類對熒光發(fā)射光譜

13、的影響助熔劑種類對熒光發(fā)射光譜的影響從圖4可知，不同助熔劑的加入對發(fā)射光譜的峰位影響不大，主要是對熒光強度的影響，由此可見，Cl和Br摻雜對熒光強度明顯增強。在陽離子相同的條件下，不同鹵素離子對ZnO熒光增強作用的大小次序為ClBrFI。由于Cl離子半徑為0.181nm，與S2離子半徑0.184nm非常接近。因此，在氧取代硫之前，Cl很容易取代S格位，形成由氯離子占據(jù)的氧空位，導(dǎo)致負電荷不足。為補償電荷損失，將促使Zn2被還原為低價態(tài)，