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目前白光发光二极管(white light-emitting diode,WLED)的主流方案是:用InGaN的蓝色LED(light-emitting diode,LED)配合Ce3+掺杂YAG的黄色荧光粉。但这种WLED因发光颜色随驱动电压和荧光粉涂层厚度的变化而变化,显色指数低。为解决上述问题采用近紫外发光二极管(near-ultraviolet light-emittingdiode,near-UV LED)的激发下,混合可产生蓝红双色光的纯相铕锰共掺杂硅酸镁钡荧光粉(Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+)和可产生绿光的荧光粉将是实现WLED的一个创新方案。
Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+荧光粉中总含有少量中间相Ba2SiO4。Ba2SiO4:Eu2+在近紫外激发下,虽可发射绿光,但其含量难以控制。因此制备纯相的Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+荧光粉显得重要。本文首次采用非均相沉淀法制备Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+荧光粉。此法使8a2+、Mg+、Mn2+和Eu3+相互混合更为均匀,它们彼此反应所需的扩散距离更为缩短,从而固相反应更容易发生,很有希望降低合成温度并提高荧光粉的相纯度;产物颗粒较易呈球形,将提高荧光粉的发光性能。
本研究按制备工艺的不同分两部分。第一部分是,用高温固相反应法制备Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+荧光粉;第二部分是,用非均相沉淀法制备Ba3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+荧光粉;各部分都研究了制备工艺参数对荧光粉的相纯度和发光强度的影响。所获结论如下:
一、采用高温固相反应法制备名义组成为Ba2.88MgSi2O8:0.02Eu2+,0.1Mn2+荧光粉所获结论:
在1200℃热处理4 h时,Ba3MgSi2O8晶相开始生成。纳米级SiO2为Si4+源合成的样品主晶相发射峰强度、相纯度比微米级SiO2的低。按Ba3MgSi2O8、Sr3MgSi2O8、Ca3MgSi2O8基顺序的荧光粉,激发强度和发射强度都逐渐下降。
二、采用非均相沉淀法制备名义组成为Ba2.88MgSi2O8:0.02Eu2+,0.1Mn2+荧光粉所获结论:
(1)印证了435nm蓝光发射来源于占据Ba3MgSi2O8晶格上Ba2+格位的Eu2+的5d→4f跃迁发射;605nm红光发射是占据Ba3MgSi2O8晶格上Ba2+格位的Mn22+离子的3d5能级的4T1→6A1跃迁发射;500nm绿光发射来源于Ba2SiO4晶格上置换Eu2+的5d→4f能级跃迁。
(2)在1150℃热处理4 h时,已有Ba3MgSi2O8晶相形成,此热处理温度比高温固相反应法低。Eu2+含量x=0.02,Mn2+含量y=0.1时,435nm蓝光和605nm红光发射最强。确定了(NH4)2CO3过量30％、金属离子浓度为0.30 mol/L、沉淀反应温度为40℃、采用反向滴定、加入Si4+偏离化学计量比的量为10％、助熔剂添加量为20～30％时可以获得最佳的相纯度和发光强度。