（通訊員：黃珂）近年來，鑭系元素(Ln)摻雜的無機(jī)熒光粉廣泛應(yīng)用在白光發(fā)光二極管(white light emitting diode，wLED)器件、顯示技術(shù)、生物成像、太陽能電池和測(cè)溫等領(lǐng)域，引起了研究者的極大關(guān)注。在各種鑭系元素中，銪([Xe]4f75d06s2)被視為最廣泛的激活劑，Eu2+和Eu3+都可作為發(fā)光中心，在現(xiàn)代固態(tài)照明等領(lǐng)域起到了關(guān)鍵作用。Eu3+摻雜熒光粉的發(fā)光表現(xiàn)為一系列位于紅色光譜區(qū)的線狀發(fā)射，然而由于吸收效率低，導(dǎo)致微弱的4f能級(jí)激發(fā)，大大限制了其應(yīng)用。Eu2+的發(fā)射波長受到晶體環(huán)境的影響較明顯，可以調(diào)整不同的晶體環(huán)境來調(diào)控Eu2+摻雜熒光粉的激發(fā)帶和發(fā)射帶波長。近日，徐慢教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了在不同氣氛下制備的BaMgSiO4:Eu (BMSO:Eu)熒光粉的光學(xué)性質(zhì)，其紅光發(fā)射和長余輝效應(yīng)對(duì)改善wLED性能具有積極的作用。
圖1樣品的PLE和PL光譜：(a)BMSO:Eu2+（含高斯分解曲線），(b) BMSO:Eu
如圖1所示，徐慢教授團(tuán)隊(duì)分析了不同氣氛下制備的BMSO:Eu的PLE和PL光譜。還原氣氛下制備的BMSO:Eu2+熒光粉在紫外區(qū)有一個(gè)寬激發(fā)帶，而發(fā)射光譜位于360～650 nm范圍內(nèi)，在399和503 nm處有2個(gè)發(fā)射峰。作為一種綠色成分，這種亮綠色熒光粉在wLED中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)在空氣條件下制備Eu摻雜熒光粉時(shí)，會(huì)出現(xiàn)自還原現(xiàn)象，部分Eu3+被還原成Eu2+，因此光致激發(fā)和發(fā)射圖譜應(yīng)同時(shí)包括Eu3+和Eu2+光譜。在監(jiān)測(cè)λex=305 nm時(shí)，可以觀察到Eu3+的數(shù)個(gè)尖銳的發(fā)射峰，最大的發(fā)射峰位于612 nm，對(duì)應(yīng)于5D0→7F2電偶極躍遷，因此判斷Eu3+占據(jù)無反演對(duì)稱中心的Ba2+位點(diǎn)，反過來也證明了Eu3+可以作為一種有效的結(jié)構(gòu)探測(cè)離子，同時(shí)提供了wLED所需的紅色成分。
圖2自還原過程示意圖
由陽離子空位(VBa′′)構(gòu)成的缺陷必須由氧離子包圍（例如6或9配位）（圖2）。由于靜電原因，帶負(fù)電的缺陷將位于Eu3+陽離子附近，因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為是帶正電的缺陷。因此，VBa′′將誘導(dǎo)位于BMSO主晶格價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的局部能級(jí)。這些供體能級(jí)建立在指向空位的O軌道（長對(duì)）上，因此預(yù)計(jì)位于價(jià)帶的正上方。整個(gè)自還原過程如圖2所示。另外，BMSO的晶體結(jié)構(gòu)在退火過程中也起到防止Eu2+被氧化的作用。因此，在空氣條件下合成的BMSO:Eu中同時(shí)存在Eu2+和Eu3+。
圖3 BMSO:Eu2+和BMSO:Eu：(a)磷光衰減曲線，(b)ESR圖譜
通常，長余輝熒光粉的余輝性能由陷阱和發(fā)光中心兩個(gè)因素決定。在紫外光的激發(fā)下，所有樣品的衰減分為快速衰減和緩慢衰減兩個(gè)部分。BMSO:Eu2+余輝時(shí)間可達(dá)1.2小時(shí)，是BMSO:Eu余輝時(shí)間（5分鐘）的15倍。長余輝發(fā)光補(bǔ)償了發(fā)光器件的黑暗周期，為解決wLED的頻閃問題提供了理想的解決方案。可以認(rèn)為缺陷是影響熒光粉長余輝的一個(gè)重要因素，在還原氣氛下制備的BMSO:Eu2+，由于缺乏充足的氧氣，將會(huì)比BMSO:Eu形成更多的氧空位。ESR信號(hào)進(jìn)一步證明了樣品中缺陷是氧空位。
以上成果以“Structure, valence change, and optical properties of BaMgSiO4: Eu phosphor”為題發(fā)表在Journal of Luminescence上。論文的第一作者為8188www威尼斯戴武斌教授，第二作者為8188www威尼斯碩士研究生黃珂，通訊作者為8188www威尼斯徐慢教授。
論文鏈接：
