调控Al2O3晶型控制MgAl2O4:Mn4+荧光粉中Mn价态研究

摘要

Mn4+激活红光荧光粉是白光半导体发光二极管(wLEDs)领域当前研究热点之一.Mn4+离子2E→4A2跃迁在铝酸盐中的最短发光波长是在MgAl2O4中实现的651nm发光,由于其结构中含有形成四面体或八面体配位的两种阳离子格位(Mg2+/Al3+),易造成所掺杂锰元素存在多种价态(+2/+4/+3等).本研究通过改变起始原料中Al2O3的晶型(γ/α比例)及退火处理来调控锰离子在MgAl2O4晶格中的占据格位,对其主要存在价态实现调控.采用荧光光谱和紫外-可见-近红外漫反射光谱技术来表征所合成荧光粉中Mn离子的价态及其演变.研究发现,高α/(α+γ)比铝源促进Mn2+形成,而低α/(α+γ)比铝源促进Mn4+形成.通过使用高活性纳米γ-Al2O3为铝源,有效抑制了锰离子在MgAl2O4中Mg2+格位的占据及Mn2+离子的形成,经空气中1550°C保温5 h的一次高温热处理即可制备出在可见光区只有Mn4+红光发光的高纯高亮度MgAl2O4:Mn4+荧光粉.氧化铝晶型影响锰离子掺杂格位和掺杂价态的本质规律是:氧化铝活性决定实际固溶掺杂反应步骤,进而影响锰离子掺杂格位和价态.本研究提出的反应步骤调控作为反应气氛、电荷补偿剂、反应温度三种调控方法外的一种新方法,为Mn4+激活铝酸盐荧光粉中锰离子掺杂价态调控提供了新思路.