1 1.郑州大学 材料科学与工程学院, 郑州 450001
2 2.东莞理工学院 材料科学与工程学院, 东莞 523830
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651 nm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 ℃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。
Mn4+ 白光LEDs 红光荧光粉 价态调控 Mn4+ white LEDs red-emitting phosphor valence state control
1 郑州大学 材料科学与工程学院, 河南 郑州 450001
2 河南理工大学 物理与电子信息学院, 河南 焦作 454000
3 东莞理工学院 材料科学与工程学院, 广东 东莞 523808
4 厦门大学 材料学院, 福建 厦门 361000
Mn4+激活红光荧光粉是白光发光二极管(LED)用荧光粉的研究热点之一。过渡金属锰元素具有未充满的d轨道, 可形成Mn4+/Mn3+/Mn2+等多种价态, 而其他价态的存在会影响Mn4+的吸收/辐射跃迁。目前, 多数研究论文对所制备荧光粉中锰离子价态未进行表征, 或采用的表征手段难以定性或定量确定多种共存价态锰离子的相对含量。本文对Mn4+激活红光荧光粉中锰离子价态表征手段进行综述, 包括漫反射光谱、荧光光谱、X射线光电子能谱、电子顺磁共振谱、阴极射线发光谱、X射线精细吸收谱、变温磁化率谱等。对其测试结果在定性或定量表征锰离子价态方面的可靠性以及测试便易性进行对比评述。最后总结了影响锰离子价态的因素和调控其价态的实验方法, 以期对新型高效Mn4+激活红光荧光粉的研发有所裨益。
白光LED 荧光粉 锰离子 价态表征 white LED phosphor manganese ion valence state analysis
