于文靜

摘 要 通過高溫固相法在空氣氣氛中成功合成了一系列新型LED用發(fā)光材料Ba6Y2W3O18：xMn4+（0≤x≤0.02），并對其物相結構和發(fā)光性能等進行了研究。討論了摻雜不同濃度的Mn4+對發(fā)光強度的影響，通過一系列實驗測試所得不同Mn4+離子濃度摻雜下Ba6Y2W3O18：Mn4+發(fā)光材料的激發(fā)與發(fā)射光譜。結果表明，在365nm波長激發(fā)下樣品發(fā)射692nm波長的紅光，Ba6Y2W3O18：Mn4+中Mn4+的最佳的摻雜濃度為0.125%。

關鍵詞 發(fā)光性能 發(fā)光材料 熒光粉

0引言

白光 LED由于具有高效節(jié)能，綠色環(huán)保，體積小，壽命長等優(yōu)點，已經在工業(yè)、農業(yè)等發(fā)光顯示領域中得到了廣泛應用。近年來基于LED研究的主流技術是使用GalnN藍色LED芯片（發(fā)射波段在450-480nm）結合Y3Al5O12：Ce3+黃色熒光粉 。該技術的優(yōu)點在于轉換效率高且成本低，但Y3Al5O12：Ce3+發(fā)出的光線在紅色區(qū)域較弱，顯色指數(shù)較低，白光色溫較高。應對白光LED存在的問題，研發(fā)一種合適的紅色熒光粉來補充Y3Al5O12：Ce3+所缺失的紅色光譜部分成為了當前該領域的研究熱點。

Mn4+在300-500nm波段具有寬廣的吸收帶，可以方便地與YAG：Ce3+共用藍光激發(fā)發(fā)出暖白光。在藍光激發(fā)下，Mn4+ 可以發(fā)出600-700nm波長的紅色熒光，相較于稀土離子摻雜的熒光粉，價格更加便宜，而且Mn4+ 躍遷發(fā)出的光譜位于紅色區(qū)域，且其激發(fā)光譜位于藍紫光區(qū)域，所發(fā)射出較窄的紅光。根據(jù)這一特性，使用Mn4+ 摻雜的紅色熒光粉，結合GaInN藍色LED芯片和YAG：Ce3+黃色熒光粉，可以有效補充紅光成分，提升白光LED的照明效果。

本文主要介紹了一種新型的Mn4+激活Ba6Y2W3O18熒光粉，并對其制備過程、結構表征、光譜性能等進行了分析。

1實驗

1.1 Ba6Y2W3O18： Mn4+ 的制備

通過高溫固相法制備Ba6Y2W3-3xO18：xMn4+ （0≤x≤0.02）原料為：BaCO3 （99%）、Y2O3 （99.9%）、WO3（99%）、MnCO3（99%）。 計算相關原料的質量，首先根據(jù)化學計量比準確稱量，在瑪瑙研缽中充分研磨均勻后放置于坩堝中；然后在管式爐中1500℃焙燒6h；冷卻后取出研磨測試。

1.2分析表征

采用X射線衍射儀（XRD，丹東浩元DX-2700BH）測定樣品的晶體結構. 采用FS5-MCS熒光分光光度計測試樣品的激發(fā)光譜、發(fā)射光譜和熒光衰減時間。以上所有測試均在室溫條件下進行。

2實驗結果與討論

2.1 Ba6Y2W3O18： Mn4+（BYW： Mn4+）熒光粉的物相分析

圖2所示為不同濃度Mn4+ 摻雜的BYW系列樣品的激發(fā)和發(fā)射光譜圖。從激發(fā)光譜可以看出，樣品的激發(fā)帶主要位于355 nm和520 nm，分別對應于Mn4+-O2-電荷遷移帶和Mn4+的4A2g—4T2g電子躍遷，這些激發(fā)光譜表明BYW： Mn4+ 熒光粉可以被紫外和藍光LED的芯片激發(fā)。在365 nm波長激發(fā)下，樣品發(fā)射峰位于692 nm處，由于Mn4+半徑與W6+半徑十分接近，Mn4+進入基質的晶格中取代了W6+位置。由BYW的晶格結構可知，W6+與周圍的O原子構成八面體六配位的環(huán)境，因此，Mn4+進入晶格中也與周圍O2-形成六配位環(huán)境。此外，我們還可以從圖2中看出，熒光粉BYW：Mn4+的發(fā)射峰強度隨著Mn4+濃度的增加先升高再降低，原因是Mn4+取代W6+時，先是單獨的離子取代形成孤立的Mn4+發(fā)光中心使發(fā)光強度提高，但是當Mn4+濃度繼續(xù)增加超過0.125%時，電荷匹配不平衡程度也會增加，為了補償電荷平衡Mn4+會在 BYW結構中俘獲間隙位置的O2-形成Mn4+- Mn4+-O2-離子簇，這在一定程度上降低了孤立的Mn4+數(shù)量， 同時Mn4+- Mn4+之間的交互作用引起的無輻射躍遷也增加，而明顯降低Mn4+的發(fā)光效率，引起濃度猝滅。當摻雜達到臨界濃度為0.125%時，在室溫350nm 波長激發(fā)下其相應的色坐標值為（0.7266，0.2734），Mn4+之間能量傳遞的臨界距離可以通過Blasse公式計算：

RC≈2（）（1/3） （1）

其中RC為對應臨界距離；V是晶胞體積；XC是臨界濃度；N是單位晶胞中摻雜離子的可用位置數(shù)。實驗分析可以得到V=588.84 3，N=4和XC=0.00125，然后計算出Mn4+在中 Ba6Y2W3O18的能量傳遞臨界距離RC為38.31。

2.2 Ba6Y2W3O18： Mn4+熒光粉的衰減

3結論

本文利用高溫固相法在空氣氣氛下合成了Ba6Y2W3O18： Mn4+紅色熒光粉。激發(fā)光譜和發(fā)射光譜表明BYW：Mn4+熒光粉在365nm波長激發(fā)下，其主發(fā)射峰位是692 nm波長為中心的帶狀峰，樣品的激發(fā)帶主要位于350nm和520 nm處。Mn4+最佳摻雜濃度為0.25%。BYW：Mn4+熒光粉的CIE坐標為（0.7266，0.2734）。結果表明，Ba6Y2W3O18： Mn4+熒光粉為目前紅色熒光粉的缺乏和Mn4+ 作為發(fā)光中心的熒光材料的發(fā)光機理提供了借鑒和參考。

致謝：

感謝渤海大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學院以及全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目對本工作的支持。

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