红色荧光粉Ba6Y4W2O18: Mn4+的制备及发光性能的研究

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　　摘 要 通過固相法成功合成了一种新型LED用红色荧光粉Ba6Y4W2O18： Mn4+，并对其物相、荧光强度以及色坐标等进行了研究。实验数据表明，样品在365 nm激发下可以发射出主峰位于由于693 nm处的红光，色坐标为（0.728，0.273）。此外，对Ba6Y4W2O18： Mn4+样品中Mn4+离子的最佳掺杂浓度进行了讨论。
　　关键词 发光性能 发光材料 红色荧光粉
　　中图分类号：O611.4 文献标识码：A
　　0引言
　　白光LED作为新一代照明光源，因环保、节能、寿命长、体积小等优点，已经广泛应用到照明、显示以及信号指示等众多领域。其中基于商用LED研究的主流技术是使用460 nm的GalnN蓝色LED芯片复合Y3Al5O12：Ce3+黄色荧光粉。但该荧光粉由于缺乏有效的红光成分，且热稳定性差，造成白光LED器件显色指数较低，白光色温较高。因此，针对这种白光LED存在的问题，亟需研发一种新型的红色荧光粉用来补充红色光谱部分，对于白光LED的发展具有重要的实际意义。
　　研究表明，Mn4+发光主要来自宇称禁戒跃迁2E-4A2，通常位于红色光谱区域（620-720 nm），此波长范围恰好与冷白光LED红光缺失部分相匹配。光谱分析显示，在红光区域中，其发光带十分尖锐，具有较高的色纯度。在紫外-蓝光区域中，Mn4+发光的激发带很宽，范围在280-550 nm的宽泛波长，能够与紫外以及蓝光LED芯片有较好的匹配。
　　本文介绍了一种新型双钙钛矿型钨酸盐Ba6Y4W2O18：Mn4+（BYWO：Mn4+）荧光粉，并对其制备过程、物相纯度、光谱性能等进行了分析。
　　1实验
　　1.1 Ba6Y4W2O18： Mn4+的制备
　　采用固相反应法制备 Ba6Y4W2-2xO18：xMn4+（0.00025≤x≤0.02）。初始原料分别为BaCO3（99.9%）、Y2O3（99.9%）、WO3（99%）、MnO2（99.9%）。按摩尔比3：1：（1-x）：x准确计算并称量相关原料的质量，在玛瑙研钵中充分研磨均匀后放置于刚玉坩埚中;然后转移到高温炉1400oC烧结6h，烧结后收样进行测试。
　　1.2分析表征
　　采用X射线衍射仪（XRD，丹东浩元DX-2700BH）测定BYWO系列样品的晶体结构;采用FS5-MCS荧光光谱仪测试样品的激发发射光谱。
　　2实验结果与讨论
　　2.1 BYWO：Mn4+荧光粉的物相纯度分析
　　图1给出了荧光粉BYWO：xMn4+（x=0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%、2%）在1400℃的空气气氛中烧结6h得到样品的XRD图谱。结果表明，所有的衍射峰与BYWO的标准PDF卡片（NO.49-0568）匹配的很好，无杂质峰出现，说明BYWO晶体结构基本不随Mn4+掺入发生变化，所得到样品均为单相。
　　图2所示为BYWO：0.008Mn4+激发-发射图谱，其中对激发图谱进行了高斯拟合处理。左测激发图是样品在693 nm波长监控下得到的，结果表明，激发光谱在300-600 nm范围内表现出较强激发，并且较强激发带主要位于350和545 nm，前者呈现的峰值高一些，后者峰值偏低，对这两个主峰进行高斯拟合，将会得到四个峰宽不同，高低各异的峰。四个峰的形成原理各有不同，从左到右排序，第一个峰处于330 nm附近，产生的原因是Mn4+和O2-之间的电子跃迁，第二个峰处于380 nm周围，归属于4A2g→4T1g之间的能级跃迁，第三个峰处于413 nm附近，其原理是4A2g→2T2g的能级跃迁，第四个峰处于540 nm周围，是4A2g→4T2g这种形式的能级跃迁。右图是样品在365 nm激发下得到的发射光谱，其发射峰的形成则是由于Mn4+自旋禁阻跃迁2Eg→4A2g导致。
　　图3显示的是不同浓度Mn4+掺杂时BYW：xMn4+（0.00025≤x≤0.02）发射图，随着Mn4+离子掺杂浓度的增加，荧光强度呈上升趋势，当掺杂浓度为0.8%时，光强达到最大，继续加大Mn4+掺杂浓度，就会产生浓度猝灭现象，强度则呈现突然下降趋势。当掺杂达到临界浓度为0.8%时，在室温365 nm波长激发条件下，可以获得较好的CIE色坐标，其值为通过计算为（0.728，0.273），位于红光发射区域，由于发射峰较窄，具有较高的显色度。
　　3结论
　　本文利用高温固相法在空气气氛下成功合成了BYWO：Mn4+红色荧光粉。XRD测试表明所制备样品均为单相。激发光谱表明样品的激发带主要位于350 nm和545 nm处。在365 nm波长激发下，BYWO：Mn4+表现出主峰位于693 nm的窄带状红光发射。Mn4+在BYWO中的最佳掺杂浓度被确定为0.8%，CIE坐标为（0.728，0.273）。结果表明，BYWO：Mn4+荧光粉为目前红色荧光粉的缺乏和Mn4+掺杂荧光材料的发光机理研究提供了借鉴和参考。
　　致谢：
　　感谢渤海大学创新创业学院以及全国大学生创新创业项目对本工作的支持。
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