潘樺滟， 王 樂*， 羅 東， 李旸暉, ， 張 宏， 沈 燁

1. 中國計(jì)量學(xué)院光學(xué)與電子科技學(xué)院， 浙江 杭州 310018

2. 浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 310027

Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉制備及其表征

潘樺滟1， 王 樂1*， 羅 東1， 李旸暉1, 2， 張 宏2， 沈 燁2

1. 中國計(jì)量學(xué)院光學(xué)與電子科技學(xué)院， 浙江 杭州 310018

2. 浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 310027

采用基于高溫固相的兩步合成法， 以BaSiO3為前驅(qū)體制備了Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉， 主要研究了不同Eu2+摻雜濃度對(duì)Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉發(fā)光性能的影響機(jī)理， 并與傳統(tǒng)高溫固相法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了對(duì)比分析。 結(jié)果表明： 與傳統(tǒng)高溫固相法相比， 兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉具有更高的純度和結(jié)晶度。 Eu2+摻雜濃度大于9%時(shí)， 兩步法和傳統(tǒng)高溫固相法制備的樣品都發(fā)生濃度猝滅現(xiàn)象。 傳統(tǒng)高溫固相法與兩步法制備Ba3Si6O9N4: Eu2+熒光粉的濃度猝滅機(jī)理一致， 均是由于電偶極-電偶極相互作用造成的。 在330 nm的激發(fā)光下， 兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)射光譜(峰值489 nm)與傳統(tǒng)的高溫固相法(峰值512 nm)相比， 出現(xiàn)了藍(lán)移的現(xiàn)象， 更加接近于理論發(fā)射光譜中心(480 nm)。 能譜分析結(jié)果顯示， 兩步法制備的熒光粉的元素組分更接近理論值， 能有效降低晶格缺陷。 兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉樣品具有更好的熱穩(wěn)定性， 更利于白光LED的應(yīng)用。

硅氮基熒光粉； 兩步法； 濃度猝滅； 熱穩(wěn)定

引 言

白光發(fā)光二極管(light emitting diode， LED)作為一種綠色節(jié)能并且壽命長(zhǎng)的新型固態(tài)照明光源， 引起人們的廣泛關(guān)注[1]。 目前， 商用白光LED主要是利用藍(lán)光芯片激發(fā)YAG∶Ce3+等熒光材料來制得， 但這種類型的白光LED缺少紅色成分， 從而導(dǎo)致其存在顯色性較差、 色溫高等特性[2]。 然而利用紫外芯片激發(fā)三基色(紅、 綠、 藍(lán))熒光粉獲得白光的方法， 可以通過改變?nèi)N顏色的配比比例調(diào)節(jié)白光的品質(zhì)， 已成為目前提高白光LED光源顯色指數(shù)、 改善色溫的一種有效方法[3]。

三基色熒光粉根據(jù)基質(zhì)體系不同可分為鋁酸鹽體系、 硅酸鹽體系、 硫化物體系和硅氮基體系， 其中硅氮基熒光粉因具有寬闊的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜， 良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性， 以及高顯色性等優(yōu)點(diǎn)， 被視為新型的制備白光LED的理想發(fā)光材料[4]。 常見的硅氮基熒光粉主要有MSi2O2N2(M=Ca, Sr, Ba)[5, 6], SiAlON[7], M2Si5N8(M=Ca, Sr, Ba)[8, 9]等， 其中Ba3Si6O9N4熒光粉由于其高穩(wěn)定性、 高色溫等特點(diǎn)， 成為硅氮基熒光粉研究的熱點(diǎn)。 目前， 制備硅氮基熒光粉的方法為傳統(tǒng)的高溫固相法， 但存在結(jié)塊嚴(yán)重， 純度低等現(xiàn)象， 極大地影響了熒光粉的結(jié)晶度與發(fā)光性能， 而采用在預(yù)先合成的前驅(qū)體(硅酸鹽)基礎(chǔ)上合成最終產(chǎn)物的兩步法合成熒光粉， 能改善熒光粉的結(jié)晶度， 提高產(chǎn)物的發(fā)光性能[10]。 因此， 本文提出采用基于高溫固相的兩步合成法制備出高性能Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉。

分別用傳統(tǒng)高溫固相法和兩步法制備了Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉。 主要研究了不同Eu2+摻雜濃度對(duì)于Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉發(fā)光性能的影響規(guī)律， 并將兩種方法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了對(duì)比分析。 研究發(fā)現(xiàn)， 兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)射峰值更接近理論發(fā)光中心， 色飽和度更好， 在低溫環(huán)境有更好的發(fā)光性能， 兩步法較傳統(tǒng)高溫固相法更能制備出高純度和高結(jié)晶度的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉。

1 實(shí)驗(yàn)部分

以BaSiO3為主要前驅(qū)體， 采用兩步法制備Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉， 實(shí)驗(yàn)所用原料如表1所示。 首先按化學(xué)計(jì)量比稱量BaCO3, SiO2， 并在瑪瑙研缽中充分碾磨混合均勻， 放進(jìn)充滿95%N2-5%H2還原氣氣氛的高溫碳管爐中， 以20 ℃·min-1的速度升溫至1 100 ℃， 持續(xù)保溫4 h。 再將制得的BaSiO3前驅(qū)體與按化學(xué)計(jì)量比稱量的Si3N4以及不同摻雜比例的Eu2O3重新放入瑪瑙研缽中碾磨， 混合均勻后放入高溫碳管爐中， 在95%N2-5%H2還原氣氣氛中， 升溫至1 300 ℃并保溫4 h。 同時(shí)， 采用高溫固相法制備Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉， 用于對(duì)比實(shí)驗(yàn)： 將BaCO3, SiO2, Si3N4, Eu2O3按化學(xué)計(jì)量比稱量， 在瑪瑙研缽中充分碾磨混合均勻后， 在1 300 ℃充滿95%N2-5%H2氣氛的高溫碳管爐中， 煅燒4 h， 獲得對(duì)比用的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉。

Tabel 1 Main experimental materials

樣品的粉末衍射圖由采用德國Bruker D2 PHASER型X射線衍射儀(測(cè)試條件為銅靶Kα線，λ=0.154 06 nm， 步長(zhǎng)為 0.02°， 掃描范圍10°～80°， 管電壓和電流分別為30 kV和10 mA)測(cè)試得到； 樣品的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜采用HORIBA JobinYvonFluorolog熒光光譜儀測(cè)得。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD分析

圖1為采用傳統(tǒng)高溫固相法和兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的XRD對(duì)比圖， 從圖中可以看出， 利用高溫固相法合成的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉仍然含有BaSiO3和Ba3Si6O12N2的成分， 而且各衍射峰的強(qiáng)度也相對(duì)較低。 因此， 傳統(tǒng)的高溫固相法并不能制備出單相的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉。 而利用兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉樣品的XRD與ICSD標(biāo)準(zhǔn)卡片#415918一致， 并且利用兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉樣品的結(jié)塊得到很大的改善， 這表明采用兩步法可以很好地提高Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的純度和結(jié)晶度。 這是因?yàn)锽a3Si6O9N4為三方晶體結(jié)構(gòu)， Eu2+的半徑與Ba2+的半徑相近， 因而摻雜的Eu2+取代Ba2+的位點(diǎn)， 對(duì)Ba3Si6O9N4的晶體結(jié)構(gòu)沒有明顯影響， 這與Li等[20]的研究結(jié)果相一致。

Fig.1 X-ray diffraction patterns of the Ba3Si6O9N4∶Eu2+samples prepared via solid-state reaction and two-step synthesis processes

2.2 發(fā)光性能分析

圖2為傳統(tǒng)高溫固相法與兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+(9%)熒光粉發(fā)光強(qiáng)度的對(duì)比分析圖。 從圖中可以看出， 采用兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度比傳統(tǒng)高溫固相法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度低。 由圖1的XRD分析得知， 傳統(tǒng)高溫固相法制備的樣品中含有BaSiO3和Ba3Si6O12N2的成分， 而兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉基本沒有發(fā)現(xiàn)雜相的衍射峰。 如圖3所示， 前驅(qū)體BaSiO3熒光粉在330 nm激發(fā)下得到發(fā)射峰為505 nm的寬帶譜， Ba3Si6O12N2熒光粉在330 nm激發(fā)下得到發(fā)射峰為516 nm的寬帶譜。 所以， 正是由于傳統(tǒng)高溫固相法制備的樣品中含有高發(fā)光強(qiáng)度的BaSiO3和Ba3Si6O12N2雜相， 使得高溫固相法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度高于兩步法制備的熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度。 而BaSiO3和Ba3Si6O12N2雜相的存在使得高溫固相法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的光譜產(chǎn)生不定量的偏移， 并且隨

Fig.2 Emission intensity comparison of Ba3Si6O9N4∶Eu2+(9%)

Fig.3 Emission intensity comparison of Ba3Si6O12N2 and BaSiO3

著雜相的不同熒光粉的光譜偏移無法控制， 影響其發(fā)光特性， 由此可見， 兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉具有更穩(wěn)定的發(fā)光特性。

如圖4所示， 用高溫固相法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)射光譜中， 330 nm激發(fā)波長(zhǎng)下得到的發(fā)射光譜發(fā)射中心為512 nm左右， 這是由Eu2+的4f65d→4f7躍遷引起的。 由圖還可以看出， 隨著Eu2+摻雜濃度的增加， 熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度隨之增強(qiáng)， 當(dāng)Eu2+摻雜濃度增大到9%時(shí)， 熒光粉發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大值， 繼續(xù)增大Eu2+的摻雜濃度， 熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度反而開始下降。 而由兩步法制備得到的Ba3Si6O9N4∶Eu2+(x=0.01, 0.05, 0.09, 0.13)樣品的發(fā)射光譜圖中， 在330 nm激發(fā)波長(zhǎng)下得到的發(fā)射光譜發(fā)射中心位于489 nm左右， 同樣當(dāng)Eu2+摻雜量增大到9%時(shí)， 熒光粉發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大值， 但相比較傳統(tǒng)高溫固相法出現(xiàn)了明顯的藍(lán)移現(xiàn)象。 這是由于在較低摻雜濃度時(shí)， 發(fā)光強(qiáng)度與摻入激活劑離子Eu2+的含量成正相關(guān)， 隨著激活劑離子Eu2+摻雜濃度的增加， 基質(zhì)Ba3Si6O9N4中的發(fā)光中心(Eu2+)增多， 使得Eu2+吸收激發(fā)光強(qiáng)的能力增加， 發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)， 如圖中Eu2+摻雜濃度從1%增加至9%時(shí)， 發(fā)光強(qiáng)度也逐漸增強(qiáng)； 而隨著Eu2+摻雜濃度的繼續(xù)增加， 發(fā)光中心(Eu2+)之間的平均距離減小， 使得Eu2+間相互作用增強(qiáng)， 當(dāng)Eu2+-Eu2+間的能量傳遞速率與Eu2+的發(fā)射速率相同時(shí)， 熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度將達(dá)到最大值， 此時(shí)對(duì)應(yīng)的Eu2+濃度為9%； 而當(dāng)Eu2+濃度繼續(xù)增大， Eu2+-Eu2+間的能量傳遞速率將開始大于Eu2+的發(fā)射速率， 樣品的發(fā)光強(qiáng)度將會(huì)出現(xiàn)明顯的下降， 發(fā)生濃度猝滅現(xiàn)象。 因此可得出， Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉發(fā)生濃度猝滅的臨界濃度為9%。

根據(jù)Blasse公式[11]， 當(dāng)單一稀土離子摻雜導(dǎo)致熒光粉發(fā)生濃度猝滅時(shí)稀土離子的臨界距離Rc可由以下公式計(jì)算

(1)

其中V是晶胞體積，Z是單位晶胞中所含的原子數(shù)，xc是發(fā)光離子發(fā)生濃度猝滅時(shí)的臨界濃度。 對(duì)于Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉，V=308.69(9) ?3,Z=1，xc=0.09， 根據(jù)上述公式可以得出Ba3Si6O9N4∶Eu2+的臨界濃度猝滅距離Rc為18.71 ?。 Eu2+濃度越大， 離子之間的距離也相對(duì)減小， 熒光粉的發(fā)光強(qiáng)渡增大； 當(dāng)Eu2+之間距離減小到18.71 ?時(shí)， Eu2+能量傳遞速率與Eu2+發(fā)射速率相同， 此時(shí)熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大值， 對(duì)應(yīng)Eu2+的摻雜濃度為9%； 此后， 隨著Eu2+濃度的繼續(xù)增加， 離子之間距離的減少導(dǎo)致Eu2+間的能量傳遞速率大于Eu2+的發(fā)射速率， 此時(shí)非輻射躍遷消耗的能量大大增加， 導(dǎo)致熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度開始降低。

根據(jù)Dexter理論， 在一定距離范圍以內(nèi)， 濃度猝滅可由激活劑離子間的電多極-電多極相互作用或者磁偶極相互作用等引起， 其中發(fā)光強(qiáng)度(I)與摻雜濃度(x)的關(guān)系可表示如下[12]

(2)

其中x為激活劑離子的摻雜濃度，θ為電多極-電多極間的相互作用類型(θ=6表示電偶極-電偶極間相互作用、θ=8表示電偶極-電四極間相互作用、θ=10表示電四極-電四極間

Fig.4 PL spectra of Ba3Si6O9N4∶Eu2+

相互作用)，β是與晶體結(jié)構(gòu)以及激發(fā)條件有關(guān)的常數(shù)。 當(dāng)β(x)θ/3遠(yuǎn)大于1時(shí)， 公式可以近似的簡(jiǎn)化為

(3)

如圖5所示為高溫固相法與兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉樣品中l(wèi)g(I/x)與lg(x)的關(guān)系圖， 利用簡(jiǎn)化式(3)及圖4中的光譜數(shù)據(jù)， 可得到高溫固相法與兩步法制備Ba3Si6O9N4∶Eu2+中l(wèi)g(I/x)與lg(x)的坐標(biāo)點(diǎn)。 其中， 高溫固相法制備的樣品對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)經(jīng)直線擬合計(jì)算出斜率為-1.155， 可得θ值為3.465， 兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+中坐標(biāo)點(diǎn)經(jīng)直線擬合計(jì)算出斜率為-1.227， 得出θ值為3.681， 二者的θ值均與θ=6表示的電偶極-電偶極間相互作用最為接近， 因此， 在傳統(tǒng)高溫固相法與

Fig.5 Relationship of lg(I/x) and lg(x) between Ba3Si6O9N4∶Eu2+

兩步法制備Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉過程中的濃度猝滅現(xiàn)象均是離子間的電偶極-電偶極相互作用引起的。

Table 2 Elements content of Ba3Si6O9N4∶Eu2+

通過能譜分析(EDS)測(cè)得的傳統(tǒng)高溫固相法和兩步法制備Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的元素含量， 利用高溫固相法制備樣品的O/N摩爾比約為3.61， 而采用兩步法制備的樣品中O/N摩爾比約為1.81， 更接近于理論值的2.25。 同時(shí)， 利用高溫固相法合成樣品的各元素比例與Ba3Si6O9N4結(jié)構(gòu)的正?；瘜W(xué)計(jì)量比有一定的出入。 其中Si元素含量偏低， Ba元素含量偏高， 這是由于高溫固相法制備的樣品中含有BaSiO3和Ba3Si6O12N2的雜相， 使得Si元素的含量上升， 而相對(duì)Ba元素的含量有所下降， 而N元素的比例較小， 而O含量偏高， 因此可以推斷， 在高溫固相法制備的樣品中出現(xiàn)部分O替代N的現(xiàn)象， 可表示為Ba3Si6O9+xN4-y∶Eu2+的形式。 由此推斷， 正是由于兩步法與傳統(tǒng)高溫固相法合成Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉各元素摩爾比的不同導(dǎo)致基質(zhì)中Eu2+周圍的晶體場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化， 高溫固相法制備的樣品中出現(xiàn)了部分O替代N的現(xiàn)象， 從而使得利用高溫固相法合成的樣品中出現(xiàn)一定的晶格缺陷， 但該缺陷同時(shí)可以在晶體結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定地存在， 而兩步法合成的樣品中晶格缺陷較少。 Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的理論光譜發(fā)射中心位于480 nm附近， 與兩步法合成樣品的光譜基本一致， 這表明采用兩步法制備Ba3Si6O9N4熒光粉可以有效地提高晶相純度， 降低晶體的缺陷， 使晶格的結(jié)構(gòu)得到較好的保持。

2.3 CIE分析

由色坐標(biāo)軟件CIE1931計(jì)算發(fā)射光譜分布繪制的在330 nm激發(fā)光下高溫固相法和兩步法制備熒光粉的色坐標(biāo)圖得出， 高溫固相法制備的熒光粉位形坐標(biāo)位于(0.204 8, 0.457 3)， 兩步法制備的熒光粉位形坐標(biāo)位于(0.139 9, 0.300 4)， 兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的色坐標(biāo)相比于高溫固相法更加接近坐標(biāo)曲線邊緣， 色坐標(biāo)位置從藍(lán)綠色區(qū)域附近跨越到綠色區(qū)域附近， 且兩步法制備熒光粉的色溫明顯高于高溫固相法， 表明了兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的色飽和度更好， 在低溫環(huán)境下有較好的發(fā)光性能， 可適用于高色溫冷色系白光LED的封裝。

2.4 熱穩(wěn)定性分析

圖6為Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉樣品的熱穩(wěn)定特性圖，

表示熒光粉在不同溫度下的發(fā)光強(qiáng)度的變化。 對(duì)樣品進(jìn)行50～200 ℃之間對(duì)應(yīng)溫度的熱退火， 對(duì)退火后的樣品進(jìn)行發(fā)光強(qiáng)度測(cè)試， 如圖中所示， 將50 ℃時(shí)兩種方法制備的熒光粉樣品的發(fā)光強(qiáng)度作為初始值， 隨著溫度的增加， 兩種方法制備的熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度都在逐漸下降， 這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)， 熒光粉發(fā)生光衰， 導(dǎo)致熒光粉發(fā)光強(qiáng)度下降。 當(dāng)溫度升至100 ℃時(shí)， 傳統(tǒng)高溫固相法制備的熒光粉樣品的發(fā)光強(qiáng)度已經(jīng)下降為初始值的89%， 而兩步法制備的熒光粉樣品的發(fā)光強(qiáng)度僅降為初始值的98%； 當(dāng)溫度升至200 ℃時(shí)， 傳統(tǒng)高溫固相法制備的熒光粉樣品的發(fā)光強(qiáng)度已降為初始值的86%， 而兩步法制備的熒光粉樣品的發(fā)光強(qiáng)度僅降為初始值的96%。 由此可見， 兩步法制備的樣品在高溫時(shí)仍具有良好的發(fā)光性能， 比傳統(tǒng)高溫固相法制備的樣品具有更好的熱穩(wěn)定性， 而LED在工作時(shí)芯片的結(jié)溫會(huì)有所升高， 因此兩步法制備的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉更有利于白光LED的封裝和應(yīng)用。

Fig.6 Thermal stability characteristics ofBa3Si6O9N4∶Eu2+

3 結(jié) 論

通過兩步法成功制備了Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉， XRD測(cè)試結(jié)果表明兩步法制備熒光粉有利于消除雜相， 且合成的熒光粉有較強(qiáng)的結(jié)晶度。 利用高溫固相法制備熒光粉的發(fā)射光中心位于512 nm左右， 而利用兩步法制備的熒光粉的發(fā)射中心位于489 nm左右， 出現(xiàn)了藍(lán)移的現(xiàn)象, 更接近于光譜發(fā)射中心的理論計(jì)算值480 nm。 不同的Eu2+摻雜濃度對(duì)Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度有很大的影響， 當(dāng)摻雜濃度為9%時(shí)， Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大， 并隨著摻雜濃度的進(jìn)一步增加， 出現(xiàn)了濃度猝滅現(xiàn)象。 能譜分析結(jié)果顯示， 兩步法制備的熒光粉的元素組分更接近理論值， 能有效降低晶格缺陷。 對(duì)兩種方法制備樣品的熱穩(wěn)定測(cè)試結(jié)果也表明， 兩步法制備出的Ba3Si6O9N4∶Eu2+熒光粉具有更好的熱穩(wěn)定性， 更利于白光LED的應(yīng)用。 因此， 本文所采用的兩步法在樣品純度的提升、 光譜的改善以及結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性能的提高等方面， 較傳統(tǒng)高溫固相法有明顯進(jìn)步。

[1] LI C, CHEN H, HUA Y, et al. Journal of Luminescence, 2013, 143: 459.

[2] XU Guo-tang, LIANG Pei, HUANG Jie, et al(徐國堂， 梁 培， 黃 杰， 等). Spectroscopy and Spectral Analysis(光譜學(xué)與光譜分析), 2013, 33(4): 945.

[3] Jin Zhouwei, Wu Yuyu, Wu Zhen, et al. Optics Communications, 2014, 322: 224.

[4] YU X, ZHANG L, XU X, et al. Journal of Luminescence, 2014, 145: 114.

[5] Song Younghyun, Lee Minji, Song Yelim, et al. Materials Letters, 2014, 129: 178.

[6] Liu Jiaqing, Wang Xiaojun, Xuan Tongtong, et al. Journal of Alloys and Compounds 2014, 593: 128.

[7] Gan Lin, Mao Zhiyong, Zeng Xionghui, et al. Materials Research Bulletin, 2014, 51: 205.

[8] Lin Hsincheng, Yang Cheyuan, Subrata Das, et al. Ceramics International 2014, 40: 12139.

[9] Liu Chang, Zhang Bi, Hao Luyuans, et al. Journal of Rare Earths, 2014, 32(8):.

[10] Kim H G， Kang E H， Kim B H， et al. Optical Materials, 2013, 35(60): 1279.

[11] Blasse G. Journal of Solid State Chemistry, 1986, 62(2): 207.

[12] Dexter D L, Schulman J H. The Journal of Chemical Physics, 1954, 22(6): 1063.

*Corresponding author

Study on the Preparation of Ba3Si6O9N4∶Eu2+Phosphor and the Characterization of Their Luminescence Properties

PAN Hua-yan1, WANG Le1*, LUO Dong1, LI Yang-hui1, 2, ZHANG Hong2, SHEN Ye2

1. College of Optics and Electronic Science and Technology, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China

2. State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors were synthesized by two-step synthesis processes based on high temperature solid phase using BaSiO3as a precursor. The influence mechanism of the Eu2+doping concentration to the luminescence properties of Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors were mainly investigated. This paper made a comparison between the luminescence properties of Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors prepared by two-step processes and solid- state reaction method. The results showed that the Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors synthesized by two-step processes had higher purity and higher crystallinity. There exists concentration quenching in Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors for both two-step processes and solid-state reaction when the doping concentrationxis more than 9%. Both the concentration quenching mechanism of Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphor prepared by solid-state reaction and two-step processes is electric dipole-dipole interaction. The emission peak of Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors (peak 489 nm) prepared by two-step processes had a blue shift compared to the emission peak of Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors (peak 512nm) prepared by solid-state reaction. The emission peak of Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors prepared by two-step processes relatively close to the theoretical value (480 nm). The spectrum analysis result showed that the element component of Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors prepared by two-step processes was closer to the theoretical value, it means that the two-step processes can effectively reduce the lattice defects. The Ba3Si6O9N4∶Eu2+phosphors synthesized by two-step processes had better thermal stability, which demonstrates to be a highly promising phosphor for white-LED applications.

Oxynitridephosphor; Two-step processes;Concentration quenching; Thermal stability

Nov. 27, 2014; accepted Mar. 20, 2015)

2014-11-27，

2015-03-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61177050， 61575182， 61405183)和浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(Y16F050012)和浙江省公益項(xiàng)目(2015C31102)資助

潘樺滟， 女， 1992年生, 中國計(jì)量學(xué)院光學(xué)與電子科技學(xué)院碩士研究生 e-mail: 1443515959@qq.com *通訊聯(lián)系人 e-mail: Calla@cjlu.edu.cn

TQ174

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)03-0657-05