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

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(Sr₂Al₂SiO₇)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Sr₂Al₂SiO₇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Sr_2-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XRD进行精修，色纯度计算。结果表明：合成样品均为单相Sr₂Al₂SiO₇，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 Å)、Li+(r=0.920 Å)的半径与Sr2+(r=1.260 Å)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Ca₃Y₂(Si₃O₉)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(4G_5/2→6H_5/2)，601 nm(4G_5/2→6H_7/2)，648 nm(4G_5/2→6H_9/2)和713 nm(4G_5/2→6H_11/2)，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R_C≈19.734 Å，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Sr_2-xAl₂SiO₇∶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Li+，使晶体内部电荷达到平衡。实验结果表明，Li+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LED中的红色成分有应用潜力。