Właściwości luminoforów Ca-α-Sialon:Eu2+ otrzymywanych metodą redukcji karbotermicznej i azotowania zeolitów

• Autorzy: Pawlik T. , Michalik D. , Sopicka-Lizer M. , Rzychoń T. , Lisiecki R.

Warianty tytułu

EN

Properties of Ca-α-Sialon:Eu2+ phosphors prepared via carbothermal reduction and nitridation of zeolites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nowoczesną alternatywą dla stosowanych obecnie materiałów na luminofory w białych diodach WLED mogą być materiały oparte na proszkach, Ca-α-sialonowe, domieszkowane Eu+2. Jednakowoż otrzymanie Ca-α-sialonu o założonym składzie chemicznym roztworu stałego nastręcza trudności technologiczne. W niniejszej pracy użyto komercyjnego zeolitu Z 500 (Zeolyst) o wysokim stopniu czystości i odpowiednim stosunku Al:Si, umożliwiającego pozyskanie luminoforu o składzie Eu0,05Ca0,8Si9,6Al2,4O0,8N15,2, wraz z wyliczonym dodatkiem sadzy potrzebnej do redukcji. Jako źródła aktywatora luminoforu używano Eu+2 w postaci Eu2O3. Syntezy prowadzono w zakresie temperatur 1550-1650 ºC w atmosferze azotu. Pozyskany materiał charakteryzował się właściwościami luminescencyjnymi. Otrzymany materiał charakteryzował się emisją w zakresie 530-680 nm z maksimum przypadającym dla długości fali 570-581 nm przy wzbudzeniu falą o długości 450 nm, co stwarza możliwości zastosowania go jako luminoforu w białych diodach LED, wzbudzanych światłem niebieskim z diody GaN.

EN

Materials based on Ca-α-sialons doped with Eu+2 can be an alternative for phosphors in white diodes WLED. However, manufacturing Ca-α-sialon powders with a designed chemical composition of the solid solution is a difficult task, so a lot of research is devoted to their synthesis. In the present work a commercial high purity zeolite powder Z 500 (Zeolyst) with an appropriate Al:Si ratio for a phosphor composition of Eu0.05Ca0.8Si9.6Al2.4O0.8N15.2 was used together with the appropriate amount of carbon black. Eu2O3 was used as a source of the phosphor activator Eu+2. The synthesis was carried out in a temperature range of 1550-1650 ºC under an atmosphere of nitrogen flow. The resulting material was characterized by the optical emission in a range of 530-680 nm with a maximum at 570-581nm, when the excitation wavelength of 450 nm has been applied. These parameters allow using it as a phosphor in white LEDs excited by blue light of GaN LEDs.

Słowa kluczowe

PL

białe diody; luminofory; karboredukcja; sialon

EN

carbothermal reduction; luminescence; sialon; WLED

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 67, nr 4
• Strony: 372--377
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Pawlik T.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Instytut Nauki o Materiałach, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Polska

autor

Michalik D.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Instytut Nauki o Materiałach, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Polska

autor

Sopicka-Lizer M.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Instytut Nauki o Materiałach, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Polska

autor

Rzychoń T.

• Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Instytut Nauki o Materiałach, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Polska

autor

Lisiecki R.

• PAN Instytut Niskich Temperatur i Badań Strukturalnych, ul. Okólna 2; 50-422 Wrocław, Polska

Bibliografia

• [1] Xie, R. J., Hirosaki, N., Takeda, T.: Highly Raliable White LEDs Using Nitride Phosphors, J. Korean Cer. Soc., 49, (2012), 375.
• [2] Xie, R. J., Mitomo, M., Uheda, K., Xu, F. F., Akimune, Y.: Preparation and Luminescence Spectra of Calcium- and Rare-Earth (R = Eu, Tb, and Pr)-Codoped α-SiAION Ceramics, J. Am. Ceram. Soc., 85, (2002), 1229.
• [3] Xie, R. J., Hirosaki, N.: Silicon-based oxynitrides and nitride phosphors for white LEDs, Sci. Techn. Adv. Mat., 8, (2007), 588.
• [4] Sakuma, K., Hirosaki, N., Xie R-J, Yamamoto, Y.: Optical properties of excitation spectra of (Ca Y)-α-SiAlON:Eu yellow phosphors, Phys. Stat. Sol. (c), 8, (2006), 2701.
• [5] Sakuma, K., Hirosaki, N., Xie R.-J., Yamamoto, Y., Suehiro, T.: Luminescence properties of (Ca Y)-α-SiAlON:Eu phosphors, Mater. Lett., 61, (2007), 547-606.
• [6] Suehiro, T., Hirosaki, N., Xie, R. J., Sakuma, K., Mitomo, M., Ibukiyama, M., Yamada, S.: One-step preparation of Ca-α-SiAlON: Eu2+ fine powder phosphors for white light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett., 92, (2008), 191904.
• [7] Chung, C. C., Jean, J. H.: Synthesis of Ca-alpha-SiAlON:Eu phosphor powder by carbothermal-reduction-nitridation process, Mater. Chem. Phys., 123, (2010), 13-15.
• [8] Park, S. S., Jang, B. Y., Park, J. S.: Cristal Structure and Luminescence Properties of AlN-deficient Eu activated Ca-α-SIALON Phosphor, J. Korean Ceram. Soc., 57, (2010), 990-993.
• [9] Shioi, K., Hirosaki, N., Xie, R. J., Takeda, T., Li Y. Q., Matsushita Y.: Synthesis, Crystal Structure and Photoluminescence of Sr-α-SiAlON:Eu2+, J. Am. Ceram. Soc., 93, (2010), 465.
• [10] Heuer, A. H., Lou, V. L. K.: Volatility diagrams for silica, silicon nitride, and silicon carbide and their application to high-temperature decomposition and oxidation, J. Am. Ceram. Soc., 73, (1990), 2789-2803.
• [11] Rosenflanz, A., Chen I-W: Kinetics of phase transformation in SiAlON ceramics: I. Effect of cation size, composition and temperature, J. Eur. Ceram. Soc., 19, (1999), 2325-2335.
• [12] Dierre, B, Yuan, X. L., Hirosaki, N., Kimura, T., Xie, R-J, Sekiguchi, T.: Luminescence distribution of Yb-doped Ca-α-SiAlON phosphors, J. Mater. Res., 23, 6, (2008), 1701-1705.
• [13] Chung, C. C , Jean, J. H.: Synthesis of Ca-α-SiAlON:Eux phosphor powder by carbothermal-reduction–nitridation process, Mat. Chem. Phys., 123, (2010), 12-15.
• [14] van Dijen, F. K., Metselaar, R.: Reaction-rate limiting steps in carbothermal reduction process, J. Am. Ceram. Soc., 68, 11, (1985), 16-19.
• [15] Baldo, J. B., Pandolfelli, V. C., Casarini, J. R.: Relevant parameters in the production of β-sialon from natural raw materials via carbothermal reduction, w Ceramic Powders, P. Vincenzini (ed.), Elsevier, (1983), 437-444.
• [16] Sopicka-Lizer, M., Pawlik, T.: Influence of process parameters on the microstructure of sialon ceramics from Polish fly ash, Key Eng. Mater., 264-268, (2004), 1005-1008.
• [17] Zhang, C., Komeya, K., Tatami, J., Meguro, T., Cheng Y-B: Synthesis of Mg-α-SiAlON powder from talc and halloisyte clay minerals, J. Eur. Ceram. Soc., 20, (2000), 1808-1814.
• [18] Tatli, Z., Demir, A., Caliskan, F.: Carbothermal reduction and nitridation of Canakkale origin kaolin for SiAlON production, Mat. Sci. Forum, 554, (2007), 169-203.
• [19] Li, F. J., Wakihara, T., Tatami, J., Komeya, K., Meguro, T.: Synthesis of β-SiAlON powder by carbothermal reduction-nitridation of zeolites with different compositions, J. Eur. Ceram. Soc., 27, (2007), 2535-2540.
• [20] Sasaki, H., Oumi, Y., Sadakane, M., Sano, T.: Synthesis of single phase Ca-α-SiAlON using Y-type zeolite, J. Eur. Ceram. Soc., 30, (2010), 1537-1541.
• [21] Michalik, D., Sopicka-Lizer, M., Pawlik, T., Lisiecki, R.: The effect of synthesis parameters on luminescence properties of Ca-α-Sialon:Eu2+, Archives of Metalurgy and Materials, 58, (2013), 1309- 1312.