紅色熒光粉Ba6Y2W3O18：Mn4+的制備及發光性能的研究

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用發光材料Ba6Y2W3O18：xMn4+（0≤x≤0.02），并對其物相結構和發光性能等進行了研究。討論了摻雜不同濃度的Mn4+對發光強度的影響，通過一系列實驗測試所得不同Mn4+離子濃度摻雜下Ba6Y2W3O18：Mn4+發光材料的激發與發射光譜。結果表明，在365nm波長激發下樣品發射692nm波長的紅光，Ba6Y2W3O18：Mn4+中Mn4+的最佳的摻雜濃度為0.125%。

關鍵詞 發光性能 發光材料 熒光粉

0引言

白光 LED由于具有高效節能，綠色環保，體積小，壽命長等優點，已經在工業、農業等發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（發射波段在450-480nm）結合Y3Al5O12：Ce3+黃色熒光粉 。該技術的優點在于轉換效率高且成本低，但Y3Al5O12：Ce3+發出的光線在紅色區域較弱，顯色指數較低，白光色溫較高。應對白光LED存在的問題，研發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+共用藍光激發發出暖白光。在藍光激發下，Mn4+ 可以發出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+ 躍遷發出的光譜位于紅色區域，且其激發光譜位于藍紫光區域，所發射出較窄的紅光。根據這一特性，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光譜、發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系列樣品的激發和發射光譜圖。從激發光譜可以看出，樣品的激發帶主要位于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，這些激發光譜表明BYW： Mn4+ 熒光粉可以被紫外和藍光LED的芯片激發。在365 nm波長激發下，樣品發射峰位于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境，因此，Mn4+進入晶格中也與周圍O2-形成六配位環境。此外，我們還可以從圖2中看出，熒光粉BYW：Mn4+的發射峰強度隨著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+發光中心使發光強度提高，但是當Mn4+濃度繼續增加超過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。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。激發光譜和發射光譜表明BYW：Mn4+熒光粉在365nm波長激發下，其主發射峰位是692 nm波長為中心的帶狀峰，樣品的激發帶主要位于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+ 作為發光中心的熒光材料的發光機理提供了借鑒和參考。

致謝：

感謝渤海大學創新創業學院以及全國大學生創新創業項目對本工作的支持。

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