SrGd的合成及发光性能₂Ø₄：欧洲联盟³⁺红色荧光粉

摘要

荧光粉作为LED产品的重要原材料之一，在LED生产中发挥着重要的作用。目前LED荧光粉的光谱缺乏红光，导致白色LED产品质量差，显色指数低(Ra <80)，影响照明效果。为了解决这个问题，我们合成了SrGd₂Ø₄：欧洲联盟³⁺红色荧光体通过高温固相法。SRGD的结构和发光性能₂Ø₄：欧洲联盟³⁺红色磷光体通过X射线衍射（XRD）它们的发射光谱和激发光谱的测量来研究，并且它们的光谱进行分析。我们还研究了铕³⁺掺杂浓度最好的发光效率和SRGD的颜色坐标₂Ø₄：欧洲联盟³⁺磷。实验结果表明，SRGD₂Ø₄：欧洲联盟³⁺是可用于近紫外或蓝色光激发，并具有良好的实用性一个新的红色磷光体材料。

1.介绍

在全球气候变化和能源危机的背景下，环境保护和节能意识变得越来越重要。由于LED(发光二极管)具有耐久性、节能、响应速度快、体积小、抗干扰能力强、亮度高、无汞污染、环保等优点，正成为照明领域的一种趋势[1，2]。

在其中LED实现白光的方法是主要由混合的发光芯片和荧光体可以由发光芯片被激活。由于在使用过程中在荧光体降解和影响光的质量，所述磷光体材料的关键是确保LED产品的质量[3]。商业生产的白色LED需要被添加的红色磷光体，以补偿的红色光分量的缺乏[4，五]。

目前使用的红色荧光粉留在传统的硫化程度的稀土ion-activated基质,及其合成和应用程序通常有以下问题:(1)红色荧光粉的最佳激发波长不能匹配的发射波长蓝芯片,导致低红光激发率(五，6]。（2）红色荧光体本身具有低的发光效率和应用效果差[7]。(3)红光荧光粉有效激发时，其发射光谱范围较窄，对光的补偿效果较差[8，9]。（4）是否与广泛使用的黄色荧光体基体中的红色荧光体基体的匹配影响各个发光相互作用还有待研究。此外，基于硫化物基板常规红色荧光可以在合成过程中产生有毒物质[10-12]。

近年来，红磷基质的研究主要分为以下几种类型:(1)氮化物或氮氧化物基质，具有良好的热稳定性、化学稳定性和可控性;它已被广泛研究，欧盟²⁺通常使用作为活化离子。然而，对于氮化物红色荧光体的制备条件的要求是非常严格的，通常高温度高达1400℃C~2000℃，长期绝缘，并且需要被在氮气下保护。这将不可避免地增加荧光粉的成本和消耗大量的资源，这是商业化生产的缺点[13，14]。（2）硼酸盐基质，这是很容易在物理和化学性质合成和稳定的。但是，它有缺点，例如短的发射波长和严重老化现象[15]。（3）硅酸盐基质，其具有良好的透光性，发光效率高，且生产成本低，但硅酸盐本身具有化学稳定性差，有必要研究是否可广泛地使用白色LED [16]。(4)铝酸盐基体，其量子转换率高，光色稳定[17]。不过，也有对矩阵的红色荧光粉一些研究报告。

综上所述，传统的商业荧光粉CAS：铕³⁺Y₂Ø₂S:欧盟³⁺发光效率低、稳定性差、寿命短等缺点[18，19]。近年来，研究人员正在探索新型红磷材料，研究不同基质和不同掺杂离子对荧光材料发光性能的影响[20-22]。可以预见的是红色荧光粉发光性能将会取得很大进步。在这项研究中，SRGD₂Ø₄被选为新型发光基体材料。的SrGd₂Ø₄：欧洲联盟³⁺采用高温固相法合成了荧光体，探讨了其发光性能与浓度的关系。

2.原理和实验

荧光是，相对于热辐射与很少的热量产生光的过程。一种合适的材料吸收高能辐射，其进而发射光，其能量比所述激发辐射的能量低。当发光材料是固体时，该材料通常被称为磷光体。高能量辐射激发荧光体可以是范围从伽马射线到可见光的电子或与高速离子或光子。

数字1示出SRGD的单元电池结构₂Ø₄。从图中可以看出，锶在一个单位胞内配备了六个氧原子，形成了一个三角棱镜，这个棱镜处于倒置对称中心。钆在一个单元胞内含有六个氧原子，在非反对称中心形成一个八面体。

在这个工作中，SrGd₂Ø₄：欧洲联盟³⁺采用高温固相法合成了荧光粉。原材料欧盟₂Ø₃,Gd₂Ø₃,SrCO₃根据化学计量比精确称重。Eu的掺杂浓度³⁺分别为1％，2％，5％，10％，和15％。在玛瑙研钵中，用酒精棉擦拭，和原料在研钵中分别混合，并且每个组中充分研磨30分钟。然后，地面的混合物在一个干净的坩埚中装入并置于炉中。反应温度和时间分别设定为分别1400℃和48小时，。最后，将样品冷却至室温自然和彻底研磨。

甲飞利浦X” PERT配备的CuKα辐射临X-射线粉末衍射仪用于测定该晶体结构。在所测量的2θ范围（10°〜90°）时，扫描步骤设定为0.033°。爱丁堡FLSP-920光谱仪被用于测量样品的激发和发射光谱。国际CIE 1931标准色度系统用于绘制色度坐标荧光体的图。

3.结果与讨论

数字2示出了所合成SRGD的XRD图案₂Ø₄：欧洲联盟³⁺与欧盟不同的荧光体³⁺掺杂浓度（1％-15％）。从SRGD标准卡中的数据进行比较₂Ø₄(卡号:ICSD#150876)，与合成样品吻合良好，表明SrGd的结构₂Ø₄是由铕掺杂的影响³⁺。此外，不同浓度合成样品的衍射峰对称且清晰，说明合成样品结晶良好。

数字3显示了2在% Eu3+掺杂SrGd的激发光谱₂Ø₄荧光粉在室温下。样品的激发光谱由一系列峰组成。在240 ~ 330 nm的波长范围内，O的电荷转移^2-⟶欧盟³⁺产生，电荷从O的2p轨道移动^2-到4F轨道中心金属离子的Eu的³⁺。欧盟³⁺样品在370 nm、380 nm和400 nm处也有较强的激发峰。⁷d₀⟶^五d₄transitions occur around 370 nm,⁷d₀⟶^五G₂跃迁发生在380纳米左右⁷d₀⟶^五大号₆相变发生在400纳米左右。结果表明，该荧光粉可以有效地由近紫外光和蓝光激发，可以作为近紫外光LED芯片和蓝光LED芯片激发的红色荧光粉组件。

数字4显示了SrGd的发射光谱₂Ø₄:欧盟³⁺在室温下使用不同掺杂浓度的荧光粉。在580 ~ 720 nm的波长范围内观察到一系列的发射峰，对应于的跃迁^五d₀⟶⁷F₁（橙色发射），⁷F₂（橙色发射），⁷F₃(红色发光),⁷F₄(红色发射)，分别如图所示。根据单元单元结构SrGd₂Ø₄（数字2），钆是在非反相对称中心加上考虑到电荷平衡和半径相似性。由此可以得出结论，铕³⁺最有可能取代钆³⁺，这与XRD表征结构一致。

数字五示出了在SRGD的不同的掺杂浓度的发光峰值强度₂Ø₄：欧洲联盟³⁺荧光粉在室温下。可以看出，随着欧盟的增加³⁺随着掺杂浓度的增加，样品的发光强度先增大后减弱。当掺杂浓度在1% ~ 5%之间时，加入Eu可以大大提高荧光粉的发光效果³⁺。这是因为当时欧盟的集中³⁺低，不可能形成足够的发光中心，发光强度不高。当掺杂浓度为5%时，发光强度达到峰值，然后随着掺杂浓度的增加(5% - 15%)，发光强度降低，出现浓度猝灭。这是因为当欧盟³⁺浓度超过一定范围，欧盟之间的相互作用力³⁺和铕³⁺被增强，这导致能量转移效率超过能量发射概率，并且能量损失是由晶格迁移引起的。

国际CIE 1931标准色度系统是由一个标称值所表示的二维平面CIE色度图（X，ÿ），其中X表示红色的分量，Y表示绿色的分量。数字6表示SrGd的颜色坐标图₂Ø₄：欧洲联盟³⁺磷。从图中可以看出，在396 nm激发光的激发下，611 nm处发出了强烈的红光，此时色坐标为(0.62,0.3791)。

4.结论

在这个工作中，SrGd₂Ø₄：欧洲联盟³⁺采用高温固相法制备了荧光材料。通过对其光谱分析和发光性能的研究，可以得出以下结论:(1)XRD图谱分析表明，SrGd具有较好的抗氧化性能₂Ø₄：欧洲联盟³⁺在实验室中合成晶体具有良好的结构，和Eu的³⁺掺杂对SrGd的晶格参数影响不大₂Ø₄。(2)当欧盟³⁺掺杂浓度为5%，即SrGd₂Ø₄：欧洲联盟³⁺荧光粉的发光强度最高。(3)SrGd₂Ø₄：欧洲联盟³⁺在267 nm激发光的作用下，荧光粉在611 nm处发出强烈的红光，色坐标为(0.62,0.3791)。(4)通过分析SrGd的激发和发射光谱₂Ø₄：欧洲联盟³⁺荧光体，荧光体可以连同近紫外LED芯片和蓝色LED芯片用于实现白光照明。总之，能够确定SRGD₂Ø₄：欧洲联盟³⁺是一种新型的红色荧光材料，可用于近紫外光或蓝光激发，具有良好的激发效果。

数据可用性

用于支持本研究结果的原材料组成和比例数据目前处于封锁状态，而研究结果正在商业化。在本文发表12个月后，通信作者将考虑对数据的请求。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

感谢陈振亭博士提供的测量仪器，感谢冯长琴教授的宝贵讨论和推荐。本研究由安徽省偏光成像检测技术重点实验室(2018-KFJJ-04)资助;(2)合肥大学人才研究基金(18-19RC30、18-19RC36、18-19RC39);(3)安徽高校自然科学重点研究项目(KJ2019A0839、KJ2019A0840);(4)合肥大学科研发展基金(19ZR03ZDA)。

参考文献

1. 冯，黄，刘，刘，余，“近紫外白光led的单相Sr5(PO4)3F:Eu2+，Mn2+荧光粉增强白光发射，”道尔顿交易卷。44，没有。33，第15006-15013，2015。视图:出版商网站|谷歌学术
2. A. Canimoglu，J.加西亚 - 几内亚，Y. Karabulut，M. Ayvacikli，A豪尔赫和N.罐头“稀土Catholuminescence性能掺杂CaSnO3荧光粉”应用辐射与同位素，第99卷，第138-145页，2015年。视图:出版商网站|谷歌学术
3. D.张，M.施，Y孙，郭Y.和C昌“长余辉Er3 +离子的性质掺杂Ca2SnO4荧光粉”杂志合金和化合物的，第667卷，第235-239页，2016。视图:出版商网站|谷歌学术
4. F.钟，H.庄，Q.谷，和J.龙，“碱土金属结构演进锡酸盐MSnO3（M = CA，Sr和Ba）用于生产氢的光催化剂，”RSC的进步卷。6，没有。48，第42474-42481，2016。视图:出版商网站|谷歌学术
5. 谢国杰，石玉华，张福锋，李国强，" CaSnO3:Tb3+， Eu3+:一种具有可调谐光致发光特性的扭曲钙钛矿结构荧光粉，"材料科学杂志卷。51，没有。16，第7471-7479，2016。视图:出版商网站|谷歌学术
6. K. V. Dabre和S. J. Dhoble，“铕，钐+和PR3 +的合成和光致发光特性掺杂Ca2ZnWO6荧光粉磷光体转换的LED，”发光学报， 2014年，第150卷，第55-58页。视图:出版商网站|谷歌学术
7. L.姜，R.庞，D. Li等人，“从一个单相Ca9Sc（PO4）三色的白色发光7：Eu2 +的，Tb3 +的，MN2 +磷光体LED应用，”。道尔顿交易卷。44，没有。39，第17241-17250，2015。视图:出版商网站|谷歌学术
8. L. K. Bharat, S. K. Jeon, K. G. Krishna等，“用于大功率白色发光二极管的无稀土自发光Ca2KZn2 (VO4)3荧光粉，”科学报告第7卷，no。1，2017年。视图:谷歌学术
9. M. S. S. Mendhe, S. P. Puppalwar, S. J. Dhoble，“新型单组分CaLaAlO4:Tb3+， Eu3+白光发射荧光粉，”光学材料，第82卷，第47-55页，2018年。视图:出版商网站|谷歌学术
10. 边祥，张杰，"单相Ca9.3Mg0.7K(PO4)7的白光发射:Eu。²⁺、结核病³⁺，锰²⁺，荧光体的发光二极管，”发光学报，第194卷，第334-340页，2017。视图:出版商网站|谷歌学术
11. X.黄和H.过，“合成与Eu3 +的活化LiCa3ZnV3O12白色发射荧光体的光致发光特性，”RSC的进步，第8卷，no。31日,2018年。视图:出版商网站|谷歌学术
12. T. Haseqawa，Y.安倍，A. Koizumi等人，“蓝白色发光在稀土类 - 自由钒酸盐荧光体石榴石：LiCa3MV3O12（M = Zn和Mg）的的结构表征，”。无机化学第57卷，no。2，第857-866页，2018。视图:出版商网站|谷歌学术
13. P. Dang, S. Liang, G. Li等，“基于局域点阵畸变和多重能量转移的掺Bi3+/Eu3+的LiCa3MgV3O12石榴石荧光粉的全彩色发光调谐”，无机化学第57卷，no。15，第9251-9259，2018。视图:出版商网站|谷歌学术
14. J. J.韦，K. Korthout，D. Poelman，和P. F. Smet的，“从在铕硫代镓锌饱和绿色发射的起源，”光学材料表达卷。3，没有。9，P。1338，2013。视图:出版商网站|谷歌学术
15. 董炳松，陈志强，钱乃东，“化学成分、掺杂浓度及退火温度对Eu3+掺杂ZnO-SiO2纳米复合材料光学性能的影响”，国立中山大学机械工程研究所硕士论文。纳米科学和纳米技术杂志卷。16，没有。8，第7955-7958，2016。视图:出版商网站|谷歌学术
16. F.磊，L.-J.黄，Y.时，J.-J.解，L.章，和W.萧，“颜色可调和单组分的NaY的熔盐合成（1-X-ÿ)(WO4)2:Eu3+， x, Tb3+， y, UV led荧光粉材料研究的第32卷，no。8，第1548-1554页，2017。视图:出版商网站|谷歌学术
17. 。S.许，Z.王，P. Li等人，“单相白色发射荧光体Ba3Ce（1-X-Y）（PO 4）3：xTb3 +，yMn2 +和Ba3Ce（1-X-Z）（PO4）3：xTb3 +，zSm3 +：结构，发光，能量转移和热稳定性，”RSC的进步第7卷，no。32, 19584-19592页，2017。视图:出版商网站|谷歌学术
18. 田宝华，陈宝华，田元华等，“可调色Ba5Gd8Zn4O21:Eu3+荧光粉的激发途径和温度依赖性发光”[材料的化学品C卷。1，没有。12，第2338，2013。视图:出版商网站|谷歌学术
19. 田Y.，B。陈，R. Hua等人，“光学过渡，电子 - 声子耦合和LA2（的MoO 4）的荧光淬灭3：Eu3 +的荧光体，”应用物理学杂志卷。109，没有。5，P。053511，2011。视图:出版商网站|谷歌学术
20. L.汉，刘G.，X.东，王J.和W郁，“单相及暖白光发光荧光粉CaLa2 - （的MoO 4）4：xDy3 +，yEu3 +：合成，发光与节能转让，”发光学报卷。178，第61-67年，2016年。视图:出版商网站|谷歌学术
21. 胡志刚，郭元义，张志刚，张元义，“单相Ca4(PO4)2O: Dy3+， Eu2+多色荧光粉的热白光可调谐发光特性与能量转移”，硕士论文。材料科学杂志卷。53，没有。9，第6414-6423，2018。视图:出版商网站|谷歌学术
22. K. K. Nishad，J.约瑟夫，N.蒂瓦里，R. Kurchania和R.K.Pandey的，“调查尺寸依赖元素结合能和ZnO纳米颗粒的结构特性和它们与观察到的光致发光特性的相关性，”先进材料学第7卷，no。7，2015年。视图:出版商网站|谷歌学术

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