Sr2-x-yAl2SiO7:x％Sm3+,y％Li+荧光粉的合成与发光特性研究

摘要

硅铝酸盐由于其化学性质稳定、原材料易得,是发光材料的一种有效基质,所以受到广泛关注.其中,硅铝酸锶(Sr2 Al2 SiO7)属于四方晶系,具有稳定的晶体学结构.Sm3+作为一种常用的激活剂,其特征峰在波段300～750 nm内都有分布,有些特征激发峰位于近紫外光区,在近紫外区有强的吸收.因此,以Sr2 Al2 SiO7为基质、Sm3+为激活剂可以制备出符合LED要求的红色荧光粉.本工作采用高温固相法合成一系列Sr2-x-yAl2SiO7:x％Sm3+,y％Li+荧光粉.通过X射线衍射(XRD)、光致荧光光谱(PL)、绝对量子效率测量系统对样品的晶体结构、发光特性以及内量子效率进行表征和测量,并且对样品的X RD进行精修,色纯度计算.结果表明:合成样品均为单相Sr2 Al2 SiO7,掺杂Sm3+和电荷补偿剂Li+后,没有引起相变.相对于其他阳离子Sm3+(r=1.079?)、Li+(r=0.920?)的半径与Sr2+(r=1.260?)半径最为相近,因此更容易替代Sr2+的格位,并且两种离子半径比Sr2+小而使得样品晶体结构参数a,b,c和v逐渐减小.样品的最佳激发峰在403 nm处,相比于Ca3 Y2(Si3 O9)2:Sm3+的激发峰出现了3 nm蓝移,表明样品在近紫外光下有较强的吸收,这种长紫外波长的光有利于在照明领域的应用.在403 nm近紫外光激发下,可以看出,在500～750 nm范围内,Sm3+的发射峰位于564 nm(4 G5/2→6 H5/2),601 nm(4 G5/2→6 H7/2),648 nm(4 G5/2→6 H9/2)和713 nm(4 G5/2→6 H11/2),其中601 nm发射峰强度最大,使样品呈现强烈的橙红色光.发射峰在607与618 nm处出现劈裂现象,是因为晶体场的相互作用引起了能级劈裂.单掺Sm3+的发射光谱强度随着浓度的增加先增大后减小,当掺杂浓度为2％ 时发光强度最大.利用Blasse提出的能量传递临界距离公式,计算得出临界距离RC≈19.734?,从而说明了浓度猝灭原因是Sm3+之间的多级相互作用.根据Dexter理论,计算出多极相互作用函数θ≈6,表明Sr2-x Al2 SiO7:x％Sm3+的浓度猝灭机理是电偶极-电偶极(d-d)相互作用.为进一步提高发光强度,掺杂了电荷补偿剂L i+,使晶体内部电荷达到平衡.实验结果表明,L i+最佳掺杂浓度为2％,与未加入电荷补偿剂相比,发光强度提高了2倍并测试其内量子效率为43.6％.荧光粉色坐标均在(0.60,0.39)附近,位于橙红色区域,具有较高色纯度(约92.2％).该荧光粉在三基色白光L ED中的红色成分有应用潜力.