掺杂和取代对红色荧光材料SrAl12O19:Mn4+发光性能的影响
Doping and Replacing Effects on the Luminescent Properties of SrAl12O19:Mn4+ Red Phosphor
作者单位E-mail
辛小东 内蒙古大学化学与化工学院, 呼和浩特 010021  
魏恒伟 陕西省大分子科学重点实验室, 陕西师范大学化学与化工学院, 西安 710062  
赵文慧 稀土材料化学与应用国家重点实验室, 北京大学化学与分子工程学院, 北京100871  
刘中仕 欧司朗(中国)有限公司, 上海 200082  
李文先 内蒙古大学化学与化工学院, 呼和浩特 010021 nmglwx@163.com 
焦桓 陕西省大分子科学重点实验室, 陕西师范大学化学与化工学院, 西安 710062 jiaohuan@snnu.edu.cn 
荆西平 稀土材料化学与应用国家重点实验室, 北京大学化学与分子工程学院, 北京100871 xpjing@pku.edu.cn 
摘要: SrAl12O19:Mn4+是一种用于高显色性白光发光二极管的候选红色荧光材料。本论文研究了Mg2+、Zn2+和Ge4+离子的掺杂效应以及Ga3+、Ca2+和Ba2+离子的取代效应对SrAl12O19:Mn4+荧光材料性能的影响。样品通过高温固相反应制备,焙烧温度在1 250~1 500 ℃之间。利用X射线衍射技术表征了材料的相纯度,用荧光激发光谱和发射光谱表征了材料的荧光性能。研究结果指出,与未进行Mg2+或Zn2+掺杂的样品相比,Mg2+或Zn2+离子对Al3+格位的掺杂可以使材料的发光强度提高~60%,其原因被认为是掺杂促进了激活剂Mn4+离子进入晶格,其过程可以表示为:MO+MnO2⇔;MAl'+MAl·+3OO×(M=Mg,Zn),电子顺磁共振谱支持这一结果。Ge4+离子的掺杂使材料的发光性能明显下降。Ga3+离子可以取代Al3+离子形成全范围的固溶体,其中少量Ga3+离子的掺杂可以使材料的荧光发射强度提高~13%,而掺杂量进一步提高使材料的荧光性能下降。Ca2+和Ba2+对Sr2+的取代仅形成有限范围的固溶体。Ca2+的取代使材料的发光性能提高;而 Ba2+的取代使材料的发光强度下降。
关键词: 红色荧光粉  白光发光二极管  SrAl12O19  Mn4+掺杂
基金项目: 国家自然科学基金(No.21371015)资助项目。
Abstract: SrAl12O19:Mn4+ is a potential candidate of red phosphor for high color rendering white LEDs. In this work, doping effects of Mg2+, Zn2+ or Ge4+ and replacing effects of Ga3+, Ca2+ or Ba2+ on the SrAl12O19:Mn4+ red phosphor were investigated. The samples were prepared by conventional solid state reactions at 1 250~1 500 ℃. The phase purities of the samples were investigated by X-ray diffraction and their luminescence properties were characterized by photoluminescence (PL) excitation and emission spectra. The results indicated that compared with the sample without the Mg2+ or Zn2+ doping, the Mg2+ or Zn2+ doping enhanced the PL intensity significantly (~60%), since this doping helped Mn4+ enter the lattice: MO+MnO2⇔MAl'+MAl·+3OO×(M=Mg, Zn), which was supported by electron paramagnetic resonance spectra. The Ge4+ doping lead to a decrease of PL intensity clearly. Ga3+ could replace Al3+ to form whole range solid solutions. When small amount of Ga3+ was doped, the PL intensity increased (~13%), however when further increasing the Ga3+ content, the PL intensity decreased dramatically. The solid solutions only appeared in limited ranges for the Sr2+ replaced systems by Ca2+ and Ba2+. For the Ca2+ replacing system, the PL intensity increased with an increase of Ca2+ content, but for the Ba2+ replacing system, the PL intensity decreased with Ba2+ content.
Keywords: red phosphor  white-LEDs  SrAl12O19  Mn4+ doping
投稿时间:2015-09-30 修订日期:2016-06-07
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辛小东,魏恒伟,赵文慧,刘中仕,李文先,焦桓,荆西平.掺杂和取代对红色荧光材料SrAl12O19:Mn4+发光性能的影响[J].无机化学学报,2016,32(7):1199-1206.
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